电网设计的原理及应用（精选12篇）
电网设计的原理及应用 第1篇
将6kV及以上电压等级电网中的备自投装置更换为无扰动控制装置,可实现馈线一低、馈线一高、馈线二低、馈线二高、母联多开关间的快速切换;将400V电压等级电网中的备自投更换为无扰动控制装置,可实现多开关间的同期切换。无扰动控制装置能在短时间内实现切换,确保了母线电压不下降(或母线不失压,残压频率下降1Hz以下,角度在30°以内,幅值在90%以上),低电压保护不启动,交流接触器不脱扣,同时也防止了事故切换过程中两电源并列合环,达到了工艺流程正常、连续、平稳运行的目的,实现了系统无扰动供电。
1 无扰动控制装置的工作原理及切换方式
本文以无扰动控制装置在双馈线方式中的运行,介绍无扰动装置的工作原理及其切换方式。双馈线供电一次系统图如图1所示。
双馈线配置方式有两种:
(1)双馈线之一向母线供电,两断路器中一台合闸,另一台分闸,鉴于环路电流的原因,通常不允许2条线路同时合闸,两馈线解列运行,此时,母联开关为合位。
(2)双馈线加母联的配置方式,鉴于冗余原因,电力负荷被分配在两段母线,母联断路器正常情况下处于分闸状态。
当主馈线侧发生故障时,主馈线开关跳开,由于不存在原动力和励磁,因此残压的幅值和频率将随时间逐渐衰减,残压与备用馈线电压间的相位差将逐渐增大。由此可得出无扰动装置的切换方式:
(1)快速切换。快速切换下的切换时间只取决于断路器分合闸的时间差。对现代断路器而言,这一时间差通常在数毫秒内,因此可认为切换是在不断电的情况下实现的。
(2)同相切换。当母线电压仅衰减到65%～70%额定电压时,电机转速下降不大,如果此时能较精确地实现过零点合闸,那么备用电源合上时冲击最小,且对电机的自启动有利。但随着母线残压频率的下降,幅值和相角的变化会越来越快,线性模型和简单的加速度模型已经难以准确表达电压幅值和相角的变化。而无扰动控制装置能够根据实时的频率、相角和幅值的变化规律,计算出母线残压与备用电源电压向量相位重合时的时间,当该时间接近合闸回路总时间时,发合闸命令,实现精确过零点同相合闸,且不受负荷变化影响,对电机的自启动有利。
(3)残压切换。当母线电压衰减到20%～40%额定电压后,无扰动控制装置便实现残压切换。残压切换作为快速切换及同相切换的后备功能,虽能保证电机安全,但由于停电时间过长,因此电机自启动成功率以及自启动时间等将受到较大限制。
(4)长延时切换。如果在设定的时间之前无扰动控制装置无法完成上述任何一种切换,那么便可执行长延时切换,为此,长延时切换方式仅作为安全备用方式。正常情况下无扰动装置在设定的参数下是不会出现这种切换方式的,通常只有在短时间内同时发生多次故障时才可能出现。
2 无扰动实际应用
例如图1中馈线一向母线供电,馈线二作为备用,母联断路器3ZKK合闸,馈线一带一高压电机运行。当馈线一或变压器出现故障时,1QF或1ZKK保护跳闸。电机电压降至70%时,由于电机有低电压延时保护,0.5s后电机跳闸。此时如果通过传统的备自投保护进行自投,因母线失压延时往往超过0.5s,故即使切换成功,0.5s低电压延时保护也已经动作,不符合不间断供电的要求。
投入无扰动控制装置后,装置通过计算及设定的保护时间作出相应的动作选择,若失去快速切换的机会,装置则自动转换为同期判别或残压判别的慢速切换,不仅提高了不间断供电切换的成功率,而且确保了设备的安全。成功切换后,母线由备用馈线供电。一旦馈线一的故障排除,可通过人工方式启动快速切换,把负荷重新切换到馈线一上,以恢复正常的供电状态。由于无扰动稳定控制装置按完全对称的方式设计,因此不论线路是主馈线还是备用馈线,都可以从任一馈线启动装置。除此种供电方式外,无扰动稳定控制装置可以根据其它不同的供电方式进行装置的快速切换,保证生产的顺利进行。
摘要：介绍无扰动控制装置工作原理、切换方式,以及其在实际应用中的动作过程。
关键词：无扰动,不间断,切换,备自投
参考文献
[1]耿毅.工业企业供电[M].北京:冶金工业出版社,1985
[2]黄冠斌,孙敏,杨传谱,等.电路基础[M].第2版.武汉:华中科技大学出版社,2002
[3]周世和.浅谈高压系统中备自投的设定[J].电世界,2004 (3):27,28
单片机原理及应用课程设计 第2篇
1、设计内容及要求...............................................................................................2 1.1、设计内容..............................................................................................2 1.2、设计要求..............................................................................................2 1.3、撰写设计报告......................................................................................2
2、总体方案设计...................................................................................................2 2.1、方案图................................................................................................2 2.2、面板布置图.........................................................................................2 2.3、方案讨论.............................................................................................3 2.4、明晰任务.............................................................................................4
3、电路原理图......................................................................................................4
4、程序框图.........................................................................................................5 4.1、显示子程序流程图............................................................................5 4.2、实时时钟芯片 1302 读/写数据流程图............................................6
5、编程序................................................................................................................6
6、调试....................................................................................................................6 6.1、软件调试.............................................................................................6 6.2、仿真调试..............................................................................................7
7、自我感想............................................................................................................7
8、参考书目............................................................................................................8 附录：C 语言编程源程序.......................................................................................8 1.设计内容及要求 1.1、设计内容：
以AT89C51 单片机为核心，制作一个 LCD 显示的智能电子钟。1.2、设计要求：
(1)计时：秒、分、时、天、周、月、年。(2)闰年自动判别。
(3)五路定时输出，可任意关断（最大可到16路）。(4)时间、月、日交替显示。(5)自定任意时刻自动开/关屏
(6)计时精度：误差≤1秒/月（具有微调设置）
(7)键盘采用动态扫描方式查询。所有的查询、设置功能均由功能键K1、K2完成 1.3、撰写设计报告
单片机课程设计是以课题或项目设计方式开展的一门课程，具有较强的综合性、实践性，是工科、工程类院校或职业类院校电类专业在校生的必修课，是将单片机原理与应用课程的理论知识转变为应用技术的重要教学环节。这一环节不但能加深对单片机原理的理解，而且还能培养学生的实践动手能力，开发学生的分析、解决问题的能力。单片机课程设计环节的训练能够让学生知道单片机工程项目的制作过程，使学生尽早了解单片机系统的开发过程。
2.总体方案设计 2.1、方案图
2.2、面板布置图
2.3、方案讨论
方案一:采用实时时钟芯片
实时时钟芯片具备年、月、日、时、分、秒计时功能和多点计时功能，计时数据的更新每秒自动进行一次，不需程序干预。计算机可通过中断或查询方式读取计时数据进行显示，因此计时功能的实现无需占用 CPU 的时间，程序简单。此外，实时时钟芯片多数带有锂电池做后备电源，具备永不停止的计时功能；具有可编程方波输出功能，可用做实时测控系统的采样信号等；有的实时时钟芯片内部还带有非易失性 RAM，可用来存放需长期保存但有时也需变更的数据，由于功能完善，精度高，软件程序设计相对简单，且计时不占用 CPU 时间，因此，在工业实时测控系统中多采用这一类专用芯片来实现实时时钟功能。
方案二：软件控制
利用单片机内部的定时/计数器进行中断定时，配合软件延时实现时、分、秒的计时及秒表计时。该方案节省硬件成本，且能使设计者对单片机的指令系统能有更深入的了解，从而掌握单片机应用技术 MCS-51 汇编语言程序设计方法，因此，本系统设计采用此种软件控制方法来实现计时。而由于 Atmel 公司 的AT89C51 是一种自带 4KB Flash 存储器的低电压、高性能的 CMOS 8 位微处理器。该器件采用 Atmel 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准 的MCS-51 指令集和输出引脚相兼容。AT89C51 将多功能 8 位 CPU 和闪存集成在单个芯片中，是一种高效的微控制器，使用也更方便，寿命更长，可以反复擦除 1000 次。形成了功能强大、使用灵活和具有较高性能价格比的微控制器。它的功能强大而且也比较容易购买，故本设计中所选的单片机为 AT89C51 单片机。2.4、明晰任务
采用 AT89C51 单片机作为系统的控制核心。时钟数据通过市场上流行的时钟芯片 DS1302 来获取。DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片，内含一个实时时钟/日历和 31 字节静态 RAM，可以通过串行接口与计算机进行通信，使得管脚数量减少。实时时钟/日历电路能够计算 2100 年之前的秒、分、时、日、星期、月、年的，具有闰年自动判断调整的能力。定时电路能够实现自定任意时刻自动开/关屏，采用 LCD LM016L 显示年、月、周、天、时、分、秒。通过按键开关实现微调，确保计时精度：误差≤1 秒/月。DS1302 时钟芯片的主要功能特性：
(1)能计算 2100 年之前的年、月、日、星期、时、分、秒的信息；每月的天数
和闰年的天数可自动调整；时钟可设置为 24 或 12 小时格式。(2)31B 的 8 位暂存数据存储 RAM。(3)串行 I/O 口方式使得引脚数量最少。
(4)DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需 3 根线。
(5)宽范围工作电压 2.0-5.5V。
(6)工作电流为 2.0A 时，小于 300nA。
(7)功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于 1mW。
3．电路原理图
4．程序框图
4.1、显示子程序流程图
4.2、实时时钟芯片 1302 读/写数据流程图
5．编程序 源程序见附录部分 6．调试 6.1、软件调试
目前设计过程中容易造成元件和仪器仪表的损坏，而借助 Keil 和 Proteus进行单片机系统的开发，可以节省设计成本，提高设计速度。Keil 软件包是一个功能强大的开发平台，它包括项目管理器、CX51 编译器、AX51 宏汇编器、BL51/LX51 连接定位器、RTX51 实时操作系统、Simulator 软件模拟器及 Monitor51 硬件目标调试器。它是一种集成化程度高的文件管理编译环境，主要功能为编译 C 语言源程序，汇编程序或混合语言源程序，连接和定位目标文件和库，创建 HEX 文件，调试目标程序等。Keil 是目前最好的 51 单片机开
发工具之一。Keil 支持软件模拟仿真（Simulator）和用户目标调试（Monitor51）两种工作模式。前者不需要任何单片机硬件即可完成用户程序仿真、调试，后者利用硬件目标板中的监控程序可以直接调试目标硬件系统。Proteus 是一个完整的嵌入式系统软件、硬件设计仿真平台，它包括原理图输入系统 ISIS、带扩展的 Prospice 混合模型仿真器、动态元件库、高级图形分析模块和处理器虚拟系统仿真模型 VSM。ISIS 是 Proteus 系统的中心，具有超强的控制原理设计环境。ProteusVSM 最重要的特点是能把微处理器软件作用在处理器上，并和该处理器的任何模拟和数字元件协同仿真，仿真执行目标码就像在真正的单片机系统上运行一样，VSM CPU 模型能完整仿真 I/O 接口、中断、定时器、通用外部设备口及其他与 CPU 有关的外部设备，甚至能仿真多个处理器。6.2、仿真调试 Proteus 仿真
7．自我感想
经历过这么多天不间断的课程设计，我们有挺多感触的，从最基本上说我们看到了，也意识到了自己的不足，对于不断克服的各种阻碍也让我们体会到了课程设计的意义所在。对于只接触课本只动笔杆的我们，面临实际的设计尺寸，让我们很是尴尬，都说理论联系实际，真正到联系的时候才发现挺困难的，不过正是理论知识的各种补充才让我们能最终完成任务，然后深深地体会到理论对现实的指导作用。我们现在最缺乏的就是实际工作经验，而理论联系实践并不像我们想象的那么简单，他需要坚实的理论基础和实际工作经验。坚实的理论基础决定了我必须坚持学习新的知识新的理论，完善了自己的知识结构，才能在以后的实际中轻松面对，才能设计出更好的更有益于人们生活与工作的机械，才能跟上时代的步伐，不被淘汰。在这个一边忙着复习忙着考试又要准备课程设计的日子里，真真正正的体会到了时间的宝贵，有点像高中忙忙碌碌的生活，不过能按时完成课程设计对我们来说也是一个莫大的安慰。严谨和细心是做机械设计的必要态度，要想做好一件事，就必须一丝不苟、态度认真。俗话说：“失之毫厘，谬之千里。”在机械设计上尤其应该注意。在以后的工作中，你的很小的一个疏忽将会造成一个公司很大的损失，甚至给用户带去生命危险，而自己也会为自己的不负责任行为付出代价。再者就是设计中要严谨和细心，对于机械是不能出差错的，任何的微小误差都可能产生不可预计的后果，当然对于我们来说就是设计中要走一些弯路，而且在这个严重缺少时间又惦记回家问题的我们来说也是一个很严重的后果。不过，困难虽是难免的，但我们有信心就能并且已经战胜了困难，完成了这个无比揪心的课程设计。因为时间等各种关系设计中难免有些不足还请老师助教给予批评和帮助。
8．参考文献
《MCS-51 系列单片机原理及应用》 孙涵芳 主编 《新概念 51 单片机 C 语言教程》 郭天祥 主编 《51 单片机课程设计》 周向红 主编 《单片机原理及其应用教程》 张元良 主编 附录：C 语言编程源程序
#include
uint year_data,t;//-----sbit SCLK=P3^5;//DS1302 通讯线定义 sbit DIO=P3^6;sbit RST=P3^7;sbit speak=P0^0;sbit DS=P2^0;//595 通讯线定义 sbit SH_CP=P2^1;sbit ST_CP1=P2^2;sbit ST_CP2=P2^3;sbit ST_CP3=P2^4;sbit ST_CP4=P2^5;sbit ST_CP5=P2^6;sbit ST_CP6=P2^7;sbit ST_CP7=P3^0;sbit ST_CP8=P3^1;sbit OE1=P1^0;sbit OE2=P1^1;sbit OE3=P1^2;sbit OE4=P1^3;sbit OE5=P1^4;sbit OE6=P1^5;sbit OE7=P1^6;sbit OE8=P1^7;sbit K1=P3^2;//按键接口定义 sbit K2=P3^3;sbit K3=P3^4;sbit K4=P0^1;sbit K5=P0^2;//-----void write_595(uchar temp)//写 74HC595 一个字节 { uchar temp_595,i;temp_595=temp;for(i=0;i<8;i++)
{
SH_CP=0;
_nop_();_nop_();_nop_();if(temp_595&0x80){ DS=1;} else { DS=0;} _nop_();_nop_();_nop_();SH_CP=1;temp_595<<=1;} } //--------------void delay(uint z)//Nms 延时 { uint x,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=112;y>0;y--);} //-------------void delaynus(uint z)//ums 延时 { uint x,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=10;y>0;y--);} //---------------void write(uchar date)//写入 DS1302 一个字节 { uchar temp,i;RST=1;SCLK=0;temp=date;for(i=0;i<8;i++){ SCLK=0;if(temp&0x01)DIO=1;else DIO=0;SCLK=1;temp>>=1;} } //-----uchar read()//读出 DS1302 一个字节 { uchar a,temp;RST=1;for(a=8;a>0;a--){ temp>>=1;SCLK=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();SCLK=0;if(DIO){ temp=temp|0x80;} else { temp=temp|0x00;} } return(temp);} //---void write_1302(uchar add,uchar dat)//写 DS1302 数据 { RST=0;SCLK=0;RST=1;write(add);write(dat);SCLK=1;RST=0;} //----------uchar read_1302(uchar add)// 读 DS1302 数据 { uchar temp;RST=0;SCLK=0;RST=1;write(add);temp=read();SCLK=1;RST=0;return(temp);} //------------void display()//显示子程序 { miao=read_1302(0x81);//读秒 fen=read_1302(0x83);//读分
shi=read_1302(0x85)&0x3f;//读时 date=read_1302(0x87);//读日 month=read_1302(0x89);//读月 year=read_1302(0x8d);//读年 day=read_1302(0x8B);//读星期 write_595(miao);//显示秒 ST_CP1=0;ST_CP1=1;ST_CP1=0;delaynus(10);write_595(fen);//显示分 ST_CP2=0;ST_CP2=1;ST_CP2=0;delaynus(10);write_595(shi);//显示时 ST_CP3=0;ST_CP3=1;ST_CP3=0;delaynus(10);write_595(date);//显示日 ST_CP4=0;ST_CP4=1;ST_CP4=0;delaynus(10);write_595(month);//显示月 读 ST_CP5=0;ST_CP5=1;ST_CP5=0;delaynus(10);write_595(year);//显示年 ST_CP6=0;ST_CP6=1;ST_CP6=0;delaynus(10);write_595(xingqi[day]);//显示星期 ST_CP7=0;ST_CP7=1;ST_CP7=0;delaynus(10);} //----------void ds1302_init()//1302 初始化 { RST=0;SCLK=0;/* write_1302(0x80,0x00);//设置初始值 SEC write_1302(0x82,0x00);//设置初始值 MIN write_1302(0x84,0x00);//设置初始值 HR write_1302(0x86,0x00);//设置初始值 DATE write_1302(0x88,0x00);//设置初始值 MONTH write_1302(0x8A,0x00);//设置初始值 DAY */ write_1302(0x8C,0x10);//设置初始值 YEAR } //--------------void PORT_INIT()//端口初始化 { P0=0XFE;P1=0X00;P2=0X00;P3=0XFC;} void time_init()//定时器初始化 { TMOD=0x11;//设置定时 器 01 都为工作方式 1 TH0=(65536-50000)/256;//装入初值 TL0=(65536-50000)%256;TH1=(65536-10000)/256;//装入初值 TL1=(65536-10000)%256;PT0=1;//T0 定时器优先级最高 EA=1;//开总中断
ET0=1;//开定时器 0 中断 ET1=1;//开定时器 1 中断 TR0=1;//启动定时器 0 TR1=1;// 启动定时器 1 } //--------------void main(void)//主程序 { PORT_INIT();ds1302_init();time_init();year=read_1302(0x8d);//读年数据 year_data=0x2000|year;write_595(year_data>>8);//显示 2010 年的 20 字样 ST_CP8=0;ST_CP8=1;ST_CP8=0;set_shi=0x09;//闹钟初始值设定 set_fen=0x39;time_flag=0;//标志位 set=0;while(1){ switch(set){ case 0: //设置秒 { display();// 显 示 子 程 序
if((shi==set_shi)&&(fen==set_fen)&&(time_flag==0))小时和分钟 { speak=~speak;if((K2==0)&&(time_flag==0))//按键 K2 停 止闹钟响 { P0&=0XFE;time_flag=1;} delay(10);} } break;} if(fen==set_fen+1)// 当 不 按 下 闹 钟 停止按键，一分钟后自动停止闹 钟 { P0&=0XFE;time_flag=0;} } } //--------void time0()interrupt 1 // 定时 器 0 中断 { TR0=0;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;mun++;if(mun==15){ mun=0;switch(set){ case 1: //设置秒闪烁 {OE1=1;delay(300);OE1=0;} break;case 2: //设置分闪烁 { OE2=1;delay(300);OE2=0;} break;case 3: //设置时闪烁 { OE3=1;delay(300);OE3=0;} break;case 4: //设置日闪烁 { OE4=1;delay(300);OE4=0;} break;case 5: //设置月闪烁 { OE5=1;delay(300);OE5=0;} break;case 6: //设置年闪烁 { OE6=1;OE8=1;delay(300);OE6=0;OE8=0;} break;case 7: //设置星期闪烁 { OE7=1;delay(200);OE7=0;} break;case 8: //设置闹钟闪烁 { OE2=1;OE3=1;delay(200);OE2=0;OE3=0;} break;} } TR0=1;} //-----------void time1()interrupt 3 // 定时器 1 中断 { TR1=0;//先关定时器 TH1=(65536-20000)/256;TL1=(65536-20000)%256;//-if(K1==0){ delay(10);if(K1==0){ set++;if(set==9){ set=0;write_1302(0x80,miao);//设置初始值 SEC write_1302(0x82,fen);//设置初始值 MIN write_1302(0x84,shi);//设置初始值 HR write_1302(0x86,date);//设置初始值 DATE write_1302(0x88,month);// 设置初始值 MONTH write_1302(0x8A,day);//设置初始值 DAY write_1302(0x8C,year_data);//设置初始值 YEAR } t=50000;while((!K1)&&t){ t--;} } } //-------if(K2==0){ delay(10);if(K2==0){ switch(set){ case 1: { miao++;if((miao&0x0f)>0x09){ miao+=0x10;miao&=0xf0;} if(miao==0x60){ miao=0x00;} write_595(miao);ST_CP1=0;ST_CP1=1;ST_CP1=0;} break;case 2: { fen++;if((fen&0x0f)>0x09){ fen+=0x10;fen&=0xf0;} if(fen==0x60){ fen=0x00;} ST_CP2=0;ST_CP2=1;ST_CP2=0;} break;case 3: { if((read_1302(0x85)&0x80)==0x00){ shi++;if((shi&0x0f)>0x09){ shi+=0x10;shi&=0xf0;} if(shi==0x24)//24 小时制 { shi=0x00;} } else { shi=(shi|0x80)+1;if((shi&0x0f)>0x09){ shi+=0x10;shi&=0xf0;} if(shi==0x12)//12 小时制 { shi=0X80;} } write_595(shi);//显示时 ST_CP3=0;ST_CP3=1;ST_CP3=0;} break;case 4: { date++;if((date&0x0f)>0x09){ date+=0x10;date&=0xf0;} if((date==0x32)&&((month==0x01)||(month==0x03)||(month==0x05)||(month ==0x07)||(month==0x08)||(month==0x10)||(month==0x12))){ date=0x01;} else if((date==0x31)&&((month==0x04)||(month==0x06)||(month==0x09)||(month ==0x11))){ date=0x01;} else if((date==0x29)&&(month==0x02)&&((year_data|read_1302(0x8d))%100!=0)& &((year_data|read_1302(0x8d))%400!=0)){ date=0x01;} else if((date==0x30)&&(month==0x02)&&((year_data|read_1302(0x8d))%100==0)& &((year_data|read_1302(0x8d))%400==0)){ date=0x01;} write_595(date);ST_CP4=0;ST_CP4=1;ST_CP4=0;} break;case 5: { month++;if((month&0x0f)>0x09){ month+=0x10;month&=0xf0;} if(month==0x13){ month=0x01;} write_595(month);ST_CP5=0;ST_CP5=1;ST_CP5=0;} break;case 6: { year_data++;if((year_data&0x000f)==0x0a){ year_data+=0x0010;year_data&=0xfff0;} if((year_data&0x00ff)==0xa0){ year_data+=0x0100;//向前进 1 year_data&=0xff00;//后面尾数归 0 } write_595(year_data);ST_CP6=0;ST_CP6=1;ST_CP6=0;write_595(year_data>>8);ST_CP8=0;ST_CP8=1;ST_CP8=0;} break;case 7: { day++;if((day&0x0f)==0x08){ day=0x01;} write_595(xingqi[day]);ST_CP7=0;ST_CP7=1;ST_CP7=0;} break;} t=50000;while((!K2)&&t){ t--;} } } //-------------------------if(K3==0){ delay(10);if(K3==0){ switch(set){ case 1: { miao--;if((miao&0x0f)==0x0F){ miao&=0xf9;//减到 0 后，再减一次就归 0, } if(miao==0xF9)//当全部减到 00 时，再 减一次就为 59 { miao=0x59;} write_595(miao);ST_CP1=0;ST_CP1=1;ST_CP1=0;} break;case 2: { fen--;if((fen&0x0f)==0x0F){ fen&=0xf9;} if(fen==0xF9){ fen=0x59;} write_595(fen);ST_CP2=0;ST_CP2=1;ST_CP2=0;} break;case 3: { if((read_1302(0x85)&0x80)==0x00){ shi--;if((shi&0x0f)==0x0F){ shi&=0xf9;} if(shi==0xF9)//24 小时制 { shi=0x23;} } else { shi=(shi|0x80)-1;if((shi&0x0f)==0x0F){ shi&=0xf9;} ST_CP4=0;} break;case 5: { month--;if((month&0x0f)==0x0F){ month&=0xf9;} if(month==0x00){ month=0x12;} write_595(month);ST_CP5=0;ST_CP5=1;ST_CP5=0;} break;case 6: { year_data--;if((year_data&0x000f)==0x0F){ year_data&=0xfff9;} if((year_data&0x00f0)==0xF0){ year_data&=0xf999;} write_595(year_data);ST_CP6=0;ST_CP6=1;ST_CP6=0;write_595(year_data>>8);ST_CP8=0;ST_CP8=1;ST_CP8=0;} break;case 7: { day--;if((day&0x0f)==0x00){ day=0x07;} write_595(xingqi[day]);ST_CP7=0;ST_CP7=1;ST_CP7=0;} break;} t=50000;while((!K3)&&t)//松手检测 { t--;} } } //---switch(set){ case 8: { if(K4==0){ delay(10);if(K4==0){ if((read_1302(0x85)&0x80)==0x00){ set_shi++;if((set_shi&0x0f)>0x09){ set_shi+=0x10;set_shi&=0xf0;} if(set_shi==0x24)//24 小时制 { set_shi=0x00;} } else { set_shi=(set_shi|0x80)+1;if((set_shi&0x0f)>0x09){ set_shi+=0x10;set_shi&=0xf0;} if(set_shi==0x12)//12 小时制 { set_shi=0X80;} write_595(set_shi);// 显示闹 钟的时 ST_CP3=0;ST_CP3=1;ST_CP3=0;t=50000;while((!K4)&&t){ t--;} } } //----if(K5==0){ delay(10);if(K5==0){ set_fen++;if((set_fen&0x0f)>0x09){ set_fen+=0x10;set_fen&=0xf0;}
if(set_fen==0x60)
{
set_fen=0x00;
} write_595(set_fen);ST_CP2=0;ST_CP2=1;ST_CP2=0;t=50000;while((!K5)&&t){ t--;} } set_shi+=0x10;set_shi&=0xf0;} if(set_shi==0x12)//12 小时制 { set_shi=0X80;} write_595(set_shi);// 显示闹 钟的时 ST_CP3=0;ST_CP3=1;ST_CP3=0;t=50000;while((!K4)&&t){ t--;} } } //----if(K5==0){ delay(10);if(K5==0){ set_fen++;if((set_fen&0x0f)>0x09){ set_fen+=0x10;set_fen&=0xf0;}
if(set_fen==0x60)
{
set_fen=0x00;
电网设计的原理及应用 第3篇
项目教学车载产品课程设计
一、对项目教学法的理解
项目教学法作为让学生在教师指导下通过完成一个完整的“工作项目”而进行学习的教学方法，它将传统的学科体系中的知识内容转化为若干个“教学项目”，围绕着项目组织和开展教学，使学生直接全程参与，体验、感悟、论证、探究。
二、《车载产品与维护》课程进行项目教学法的必要性
《车载产品与维护》课程傳统的授课方式是以教师为主体，教学方法和手段较单一，缺乏“创新”意识，与生产、科研、职业技术脱节。目前，项目教学法恰恰符合职业教育的需要。项目教学法通过由教师设置任务项目，学生在教师指导实际操作训练中，在发现问题、解决问题的过程中获得经验，兼顾生产性经验和学习性经验的获得，这正是职业教育课程的基本目标。项目教学法根据工作实践中真实任务设计所形成的项目课程，有利于学生对工作岗位任务的真实性、整体性的理解，有利于实现理论教学和实践教学的一体化，有利于实现职业技能训练和职业行为养成的一体化，有利于促进学生独立工作和合作学习的一体化，有利于促进教学相长、师生互动，使教师成为学生学习过程的策划者、组织者和咨询者，真正突出学生学习的主体地位，提高学生的综合职业能力。
三、《车载产品与维护》课程采用项目教学法的设计原则
本门课程采用项目教学法的设计原则主要包括：（1）以学生为中心，充分发挥教师的指导、协助、协调和监督的作用。（2）创设协作学习的环境和学习的资源并以实践为中心。我院一直重视基础设施的建设，近几年更是加大建设的力度，授课环境不断完善，建成了理实一体化教室，车载产品原理与维护实验实训室，配备了教学所需的各种车载电子产品及维修工具，而且随着车载产品的不断更新换代，实验实训室也不断引进新的产品。这样在授课时就能够将学生实践引入到教学中，使学生通过实践来掌握知识和技能，在项目开发的过程中，让学生自己去主动探索和自觉学习，体会学习的乐趣，掌握学习方法，从做中学。（3）针对课程选出适当项目，开发项目课程。①项目课程，本门课程由三个项目组成项目课程，纵向上三个项目之间按照并列式的逻辑关系安排任务。横向上每个项目分为若干个模块，一个项目与其对应模块是分解的关系。②项目课程下的模块内容。以工作任务中的职业能力培养为目标，主要内容包括工作任务、技术实际知识、技术理论知识、工具材料、教学要求、技能考核要求、学习时数，等等。（4）以项目完成的综合情况为评价的角度的原则，在评价时，不仅要看项目成果，还要从对学习、研究、实践等方法与技能的掌握、创新精神、沟通能力、协作能力等发展情况进行客观、真实、全面的评价，真正调动学生的兴趣。
四、《车载产品与维护》课程的教学设计
（一）《车载产品与维护》课程简介
《车载产品与维护》课程是高职院校汽车电子技术专业开设的一门专业课程。随着科技的发展，汽车也经历了日新月异的变化，特别是车载产品已经深入人们的日常生活，也方便了大家的生活。本门课程介绍了方便在汽车运动中使用的电子产品，如车载MP3、MP4、GPS、车载DVD、车载电脑、车载电视等及相关产品的维护。
（二）教学内容设计
本门课程设计了5个项目。项目一：车载收音机的故障检测与维修；项目二：车载CD机的故障检测与维修；项目三：车载DVD的故障检测与维修；项目四：车载导航仪的故障检测与维修；项目五：倒车雷达与倒车影像。5个项目涵盖了课程主要的知识点，授课时采用教、学、做相结合的项目教学法让学生掌握车载产品的内部结构及维修方法，当课程各知识点讲完时，项目设计也相应完成。
（三）教学目标设计
本门课程教学目标分为三个方面：（1）知识目标，掌握车载常用电子产品的组成和基本原理；（2）技能目标。在操作过程中掌握维修工具，仪器仪表的使用，掌握常见维修方法，使其符合职业资格标准和岗位规范要求；（3）情感目标。在操作过程中培养学生协作学习、合作探究的学习能力，初步形成团队意识，注重社会能力及综合职业能力的养成；培养学生搜集信息、分析取舍信息、整理信息的能力。
（四）教学过程设计
1.根据项目内容和目标设计项目任务书并下发给各项目小组。项目任务书包括组号、成员、项目名称、学习目标等内容。车载收音机的故障检测与维修项目学习目标分为知识目标：掌握电烙铁、热风枪的使用方法；掌握调幅/调频立体声收音集成电路；掌握放音电路；掌握快进/快倒静噪电路；掌握音量调节电路；掌握双声道音频功率放大电路。能力目标：提高学生使用工具的能力；提高学生分析问题、解决问题的能力；提高学生对相关资料搜集能力。情感目标：培养团队合作力与沟通能力；自学能力及自我表达力；培养职业素养；协调能力。
2.项目小组接受任务后组织讨论分工。分工时按照真实岗位规范划分任务和工位，使得本课程授课内容和社会用工单位接轨，真正培养一批符合需要的技术工作人员。
3.项目小组成员学习、搜集、整理项目知识和相关信息。小组成员可以通过到图书馆、上网等渠道学习、搜集与本项目有关的知识点。
4.项目小组接受指导教师对相关知识点的辅导后设计制订实施计划。
5.按照实施计划实施该项目。项目一中，是对调幅/调频立体声收音集成电路；放音电路；快进/快倒静噪电路；音量调节电路；双声道音频功率放大电路这五部分电路进行分别的拆装，了解各部分电路组成及原理后，进行小组之间相互设置故障，然后进行维修。实施过程中教师采取个别辅导的方法进行组织教学。
6.各项目小组进行项目总结并展示相应成果。
基于组件化设计的电网GIS及应用 第4篇
自2009年国网浙江省电力公司 (以下简称公司) 提出实现电网资源的结构化管理和图形化展现并以全省集中部署、面向服务的架构为各类业务应用提供电网图形和分析服务的目标, 经过多年的项目建设, 已完成了电网GIS平台搭建, 开发了电网资源图形维护组件 (C/S) 及典型应用框架组件 (B/S) , 具备电网GIS应用技术条件。在此基础上, 公司率先实现输、变、配全电压等级的图数模一体化维护功能应用, 以后台数据同步方式, 为生产管理系统提供基础数据源;并基于典型应用框架组件定制开发了输电在线监测系统Web GIS模块。
使用中也发现, 由于电网GIS平台与生产管理系统模型设计不一致, 应用中经常会出现数据同步时效性、准确性问题;在线监测Web GIS模块有空间分析、拓扑分析等功能的优势, 但因与其他系统应用集成度低, 未在提高电网GIS应用的可靠性、实用性方面发挥应有的作用;配网抢修、营配贯通、配网调度等管理水平的提升, 对电网GIS提出一些新要求, 比如重新封装部分电网图形和分析服务等功能, 但分别为生产、营销、调度等业务部门定制服务可能引起电网GIS平台架构臃肿、系统性能降低等情况。因此, 如何对电网GIS进行适应性调整, 谋划业务发展布局, 有序推进电网GIS应用, 是亟需研究的重要课题。
电网GIS组件化设计是将系统所有组成部分划分为不同的组件, 各个组件可以相对独立的设计和发展, 使组件研究更加专业化。该设计方法既可通过组件的不同组合满足电网GIS应用的多样性需求, 又可通过不断完善组件功能来提高电网GIS的整体性能和可靠性。结合公司电网GIS建设实践经验的梳理, 本文将从组件化设计角度对电网GIS应用现状及发展前景进行探讨。
1 组件化设计思路
电网GIS平台的组件化设计思想即系统的所有功能均被抽象和封装为组件, 相关组件在一定的规约下组装后实现完整的业务功能。依据系统架构分层设计原则, 电网GIS组件框架分为界面层、应用逻辑组件层及数据访问组件层 (见图1) , 其中逻辑组件通过数据组件访问数据, 界面应用通过逻辑组件实现业务功能。
1) 界面层。电网资源图形维护以C/S方式为各业务应用提供各类电网资源的空间数据维护功能, 包括通用图形编辑、定制图形编辑、资源属性维护、专题图管理、设备变更、模型关系管理等;典型应用框架通过对应用逻辑组件服务进行封装, 以B/S的方式为各业务提供空间统计分析、电网拓扑分析、综合数据展示等功能。
2) 应用逻辑组件层。基础组件包括权限管理、基本图形操作、查询定位、视图管理、图形输出等功能组件;模型关系组件包括电网模型关系元数据的配置管理功能, 实现不依赖具体设备类型的逻辑抽象;空间分析、拓扑分析组件将空间求交分析、电网拓扑分析、停电分析、潮流计算、可靠性计算等成熟的电力专业算法和程序移植到分析服务引擎中;动态对象标注组件实现具有空间位置的动态信息在图形上的展现功能, 包括动态标绘、标记对象详情查询等组件;服务代理组件用于访问其他业务系统的应用框架或服务, 实现系统间的应用集成。
3) 数据访问组件层。该层的4个组件提供访问不同电网数据的统一接口。矢量图形访问、栅格数据访问、属性数据访问组件用于维护存储在电网GIS数据库和文件服务器中的数据, 而集成数据代理组件用于访问其他业务系统以服务方式对外发布的数据。
2 浙江电网GIS的搭建
按照组件化设计思路, 在电网资源方面, 公司已先后完成了变电站内图客户端、输电GIS客户端、中低压GIS客户端、配网成图客户端等电网资源图形维护组件的部署应用;应用方面, 已开展了生产、应急、调度、营销、车辆等电网GIS应用。
在公司电网GIS建设的发展过程中, 电网GIS功能组件扩展分3个发展阶段。
第1阶段, 搭建电网GIS内核组件, 包括Oracle数据库/栅格地图数据库等结构化/非结构化数据库、矢量图形访问组件、基础组件、模型关系组件等, 可以支撑输电GIS、变电站内图、中低压GIS、配网成图等C/S客户端的电网资源图形建模维护功能;这些组件将以嵌入生产管理系统Web GIS模块的方式, 提供电网图形和分析基础服务。
第2阶段, 以典型应用框架及动态对象标注组件为核心, 搭建输电在线监测系统、配网抢修指挥平台、营配贯通业务应用平台、车辆管理系统、生产管理系统配网专题图模块等综合展示可视化界面, 并独立部署空间分析组件, 为各业务应用提供通用或定制的空间分析服务。
第3阶段, 以集成准实时/实时数据代理及拓扑分析组件为核心, 独立部署拓扑分析组件, 为配网抢修指挥平台、营配贯通业务应用平台等业务系统提供高级电网拓扑分析服务。
归纳起来, 公司搭建的电网GIS通过平台化、组件化的系统设计和研发, 既保证系统的可扩展性又提供系统的多样化配置, 是解决系统标准化与定制化之间矛盾的合理选择。
3 基于组件化设计的电网GIS应用
3.1 一体化平台设计
公司提出将电网GIS、生产管理系统等业务应用系统的基础数据进行整合集成, 构建企业级电网准实时资源中心, 建立全省集中部署的集输、变、配、用、调一体化的电网应用支撑平台, 对电网资源、设备台账、量测点对象统一建模, 统一数据存储, 统一数据发布, 统一数据接口, 为不同业务应用系统提供基础数据支撑, 其架构如图2所示。其中, 电网GIS提供的数据访问组件、应用逻辑组件部署在电网准实时资源中心的应用或数据库服务器中, 而界面层组件部署在各个业务应用系统的应用服务器中。
特别是电网GIS模型关系组件作为电网准实时资源中心的重要组成部分, 是实现一体化平台设计的关键所在。通过电网GIS客户端维护图形、设备等对象间的模型关系, 抽象提炼形成公共信息模型, 保证模型间的相互关联和协调一致。基于模型关系组件的图数一体化设计, 可将管理对象的拓扑关系数据自动生成所需的从属关系数据, 避免出现管理对象重复建模而新增的关联关系数据, 也不再需要系统间冗余数据的同步, 使得电网GIS平台和生产管理系统的集成策略由业务驱动升级为模型驱动。
3.2 多要素空间分析
电网GIS内核组件以电网准实时资源中心管理的空间对象及属性信息为分析数据源, 构建缓冲区分析、最短路径分析、空间统计分析等基础组件。而电网GIS空间分析组件与内核组件间保持相对独立的松耦合关系, 通过调用集成数据代理组件或服务代理组件, 有效整合接入电网运行信息、雷电信息、气象信息等多种数据源, 将多要素空间数据结合, 为不同的业务系统提供定制的空间计算与分析服务。
与传统的算法相比, 电网GIS空间分析组件引入标注聚合技术和离散型测量数据可视化技术, 避免空间对象的重叠覆盖。标注聚合技术是利用空间对象包含的层次关系信息, 将某个缩放级别下的视图区域划分成若干不规则形状, 将同一形状内的标注点聚合成一个聚合标注, 该聚合标注需记录被聚合的动态对象个数或其他重要的统计信息, 即利用很小的区域展示出全面的信息。图3反映的就是生产管理系统Web GIS模块停电计划分布的标注聚合效果, 其不同的黄色圆圈为聚合标注, 分别列出了各地市一周内全部停电计划信息。
离散型测量数据可视化技术是针对离散分布、连续变化、数量众多的空间对象类型, 对其进行影响范围缓冲扩边, 然后将属于同一值域内的空间范围进行融合, 再进行B样条曲线光滑美化处理, 经过图形渲染可形成效果美观的专题图, 如图4所示的在线监测系统Web GIS模块污秽区分布专题图, 若干测量点采集的环境监测数据为污秽区划分提供可靠的依据, 图中不同的颜色代表了不同的污秽等级。
3.3 电网拓扑动态分析
电网GIS拓扑分析组件作为一种特殊的空间分析组件, 主要通过电网拓扑和量测数据的联合分析来挖掘空间对象的潜在信息。借助分析算法和内存数据库技术, 该组件成为支撑台区线损计算、辅助故障研判等电网GIS高级应用的关键。
电网GIS拓扑分析组件的核心是分析算法, 而算法的核心就是电网拓扑建模规则。符合电网GIS应用要求的拓扑规则主要以变电站、开关站外的线路或设备为考虑重点, 按厂站、开关、负荷点、分支点等条件, 将站外线路进行分段, 把满足给定条件的线路集作为某个拓扑分析算法的数据范围。除了支持正向统计全量拓扑数据外, 这些分析算法还支持反向校验错误拓扑数据。
电网GIS拓扑分析组件采用内存数据库技术, 实现与Oracle数据库间在线热备份, 支持同步/异步持久化过程, 并主动采集海量历史/准实时数据管理平台存储的历史/准实时量测数据, 具备大规模、高并发推送能力。内存数据库应用实例架构如图5所示。
以配网抢修指挥平台Web GIS模块为例, 将采集的用电故障信息推送至内存数据库后, 同时调用电网GIS拓扑分析组件进行在线计算, 可根据变压器关联的下游低压网络自动分析停电相关设备、区域及影响的停电用户。
3.4 综合展示可视化
基于电网GIS典型应用框架组件可为不同的业务系统量身定制Web GIS模块, 形成集生产操作可视化、运行管理可视化、决策支持可视化为一体的综合展示框架体系。典型应用框架组件采用插件扩展+门户组装机制, 以标准的Web Service服务形式, 动态调用应用逻辑功能组件发布的统一预定义接口, 并以门户集成方式将不同类型、不同来源的功能界面组件统一展示。
以配网抢修指挥平台Web GIS模块为例, 定制的典型应用框架组件分别调用了电网GIS平台的空间信息服务接口, 95598系统的故障报修信息服务接口, 生产管理系统的设备台账和停电计划信息服务接口等, 并实现终端界面展示。各业务系统相关组件专注和深入于自身业务领域, 充分展现体现了业务系统间应用集成的分工与协同关系。配网抢修指挥平台综合展示如图6所示。
图6所展示的配网抢修指挥平台中包括以柱形图的方式, 显示当前95598工单/内部抢修工单发单数、完成工单总数、流程异常工单数;以列表的方式, 显示当前抢修人员、故障停电、计划停电等清单;以地理图的方式, 显示各类信息的位置分布情况。
3.5 运行方式架构优化
随着电网GIS平台数据量和访问量不断增加, 大量的关键应用需要平台组件提供的服务有足够的在线率及高效率。通过服务器部署的架构优化及软硬件性能的自动监控等举措, 可有效提升组件服务的性能及可靠性。
服务器部署的架构优化包括以下几个方面:首先, 将源于配网抢修指挥平台Web GIS模块的拓扑分析组件及源于输电在线监测系统Web GIS模块的空间分析组件重新封装成通用的平台级组件, 进行独立部署, 降低与业务系统的耦合度, 避免组件的重复性;其次, 从电网GIS平台剥离定制的典型应用框架组件等轻量级业务组件, 与相关业务系统应用程序合包部署;最后, 针对电网GIS数据库服务器、地图服务器、应用服务器等3类服务器, 均采用双机冗余结构设计, 使用HA技术实现双机热备。如采用RAC方式部署数据库服务器, RAID5方式部署地图服务器存储, F5负载均衡方式部署应用服务器。
软硬件性能的自动监控包括以下几个方面。 (1) 选择Precise产品作为软件性能监控工具, 收集从Web服务器、应用服务器、中间件、数据库直到存储的性能指标, 采用智能关联技术将各层次进行因果关联, 迅速定位产生性能问题的根本原因并及时消缺, 从而确保电网GIS应用的性能稳定; (2) 选择Solar Winds产品作为硬件性能监控工具, 可实时监控CPU、内存、虚拟内存和磁盘I/O等的实时性能状态, 以便快速分析服务器性能问题并予以解决。
4 结语
在生产、营销、调度等多专业协同业务需求驱动下, 公司电网GIS应用不断向广度和深度延伸, 对电网GIS平台系统性能和数据整合能力提出更高要求。文章提出电网GIS组件化设计思路, 通过划分电网GIS不同组件类型, 结合公司电网GIS建设实践经验, 探索电网GIS应用的发展规律。采用组件化的系统架构设计有利于巩固和完善电网GIS的建设成果, 协调推进电网GIS应用功能模块的开发实施工作。通过对一体化平台设计、多要素空间分析、电网拓扑动态分析、综合展示可视化、运行方式架构优化等电网GIS应用情况的分析, 实践结果表明, 组件化设计方法可在公司电网GIS中广泛使用, 可作为公司电网GIS今后的一个发展方向。
参考文献
[1]国家电网公司.电网GIS空间信息服务平台架构设计[R].2010.
[2]戴凤娇, 肖林华, 杨琭, 等.基于百度地图的标记点聚合算法研究[J].中国科技信息, 2013 (23) :82–85.DAI Feng-jiao, XIAO Lin-hua, YANG Lu, et al.The research of marker clustering algorithms based on Baidu Map API[J].China Science and Technology Information, 2013 (23) :82–85.
[3]杨群, 李伟, 闾国年.基于GIS构建配电网拓扑关系的方法[J].电力系统自动化, 2003, 27 (18) :79–82.YANG Qun, LI Wei, LV Guo-nian.Topology analysis of distribution management system based on geographical information system[J].Automation of Electric Power Systems, 2003, 27 (18) :79–82.
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单片机原理及应用课程设计教学大纲 第5篇
课程编号：13033070 课程类别：必修课
适用专业：电气信息类
学时：10 教研室主任：姜志成大纲执笔人：李春华
大纲审批人：付家才
一、课程设计的性质及目的
1．了解并掌握单片机的原理、结构、指令、接口及应用。
2．提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力。3．掌握汇编语言程序设计和调试。4.掌握C－51语言的设计和调试。
二、课程设计的要求
1． 根据设计要求，画出硬件接线图及程序的总体流程图，然后进行各控制模块的硬件设计及软件设计。
2．掌握如何应用单片机仿真器来开发应用系统及仿真调试的过程。
三、参考题目
题目一 校园作息时间控制系统
设计要求：
1．作息时间要求实现对上下课打铃、教学楼照明、学生宿舍灯、校园路灯四个开关量的精确控制。月时间累计误差≤1分钟。
2．能实时显示时间，并方便定期进行时间校准。
3．根据应用系统的要求，初步掌握总体结构设计的方法和构思，从中选择一种最佳设计方案。
4．根据应用系统结构规模的要求，掌握单片机外部扩充系统硬件设计的基本过程。
题目二 交通信号灯控制系统
设计要求：
1．设有一个南北（SN）向和东西(WE)向的十字路口，两方向各有两组相同交通控制信号灯，每组各有四盏信号灯，分别为直行信号灯（S）、左拐信号灯（L）、红灯（R）和黄灯（Y），交通控制信号灯布置如图1所示。
2．根据交通流量不同，交通信号灯的控制可实现手动、自动两种控制。平时使用自动控制，高峰区可使用手动控制。手动控制时，用户通过键盘对交通信号灯进行人工控制；自动控制时，交通信号灯控制规律用图2状态转换图来描述。
图1十字路口交通控制信号灯示意图
图2交通控制信号灯控制规律示意图
题目三 环境温度监测系统
设计要求：
1．可以监测8点环境温度信号，可以扩充；
2．测量范围为0.00℃～99.9℃，可以扩充到－55℃～＋125℃，精度为±0.5℃； 3．用4位数码管进行循环显示，其中最高位显示通道提示符A～H，低3位显示实际温度值，每秒切换一个通道进行轮流显示；
4．可以随时查看指定通道的温度值（扩充功能）。
四、教学参考文件与教学形式
教学参考文件： 〔1〕付家才，《单片机控制工程实践技术》，化学工业出版社，2003年 〔2〕胡汉才，《单片机原理及接口设计》，清华大学出版社，2002年 〔3〕康华光，《模拟电子技术》，高等教育出版社，2004年 教学形式：根据课程设计大纲的要求，采取指导的形式。
五、考核方式及成绩评定标准
考核方式采取设计报告与实际操作，根据设计的情况和实际操作效果给出成绩，其中设计报告占60%，日常管理（包括迟到、旷课、卫生等）占10%，实际操作占30%。成绩采用优、良、中、及格和不及格五级分制评定。
六、其他必要的说明
实验原理的提炼及应用 第6篇
1实验原理的定义
所谓实验原理就是实验方法、实验手段、实验操作过程以及实验结果分析等所依据的科学理论。
实验原理的设计要遵循以下基本原则：
①科学性：实验原理首先要遵循实验的科学性原则。实验中涉及到的实验设计依据必须是经前人证明的科学理论。如还原糖与斐林试剂产生砖红色的沉淀，甲状腺激素可以促进幼小动物体的发育等，都是科学理论。②可行性：可行性是指从仪器选取、实验条件和操作等方面来看，实验是否符合实际情况，能否达到实验目的。如“探究培养液中酵母菌数量的动态变化”的实验设计提示中，有的教材给出了“用试管、10mL马铃薯培养液”对酵母菌进行连续7d观察并每天取样检测的方案建议，明显不符合实际情况，实验进行到3、4d左右的时候，就开始出现大量死菌，所以建议学生改用“锥形瓶、50mL培养液”则比较符合实际。除此之外，实验原理的设计还要遵循安全性、简便性、精确性等原则。
2如何提炼实验原理
总结近几年高考及模拟训练的试题，提炼实验原理的题型无非两种：一种是知道实验的目的和材料写实验原理；另一种是根据实验的过程和步骤等写实验原理。
2.1根据实验的目的和材料写实验原理
对于这类题型，阐述实验原理首先要明确实验原理的表述内容。实验原理的内容通常表述为实验设计的整体思路，即通过…达到…的目的；还包括实验现象与结果出现的原因以及重要实验步骤设计的根据等。可以概括为对实验的相关理论知识、大致的处理方案、采用的检测手段(含观测指标)三个方面的描述。
如，在“DNA的粗提取和鉴定”实验的原理中，利用“DNA在不同浓度NaCl溶液中的溶解度不同，在0.14 mol／L的NaCl溶液中溶解度最低”的原理来提取DNA，利用“DNA不溶于酒精，而某些杂质溶于酒精”或“酶的专一性”或者是“DNA和蛋白质的热稳定性不同”的原理来初步提纯DNA，就包含了对实验相关的理论知识和大致处理方案的描述；而“DNA遇二苯胺试剂变蓝”则是对检测手段的描述。
[例1]细胞分裂素是由植物的根尖等部位合成的一种植物激素，科学研究表明：细胞分裂索能抑制叶绿素、核酸和蛋白质的降解，抑制叶片衰老。所以在生产中可利用细胞分裂素作保鲜剂。请你设计一个实验证明细胞分裂素有延缓叶片衰老的作用。
(1)实验原理：_______ 。
分析：本题实验原理的提出首先要从题干中提炼出相关理论知识(叶绿素逐渐丧失是叶片衰老最明显的特点，细胞分裂素能通过抑制叶绿素、核酸和蛋白质的降解来抑制叶片衰老。离体的叶片缺乏细胞分裂素，很快就会出现衰老的特点)，据此可以找到大致的处理方案(用细胞分裂素处理离体叶片)和观测指标(记录叶片失绿变黄所需的时间)。这样，就能完整准确地阐述实验的原理了。
答案(1)：叶绿素逐渐丧失是叶片衰老最明显的特点，离体叶片很快就会出现衰老的特点，细胞分裂素能抑制叶绿素、核酸和蛋白质的降解，因此可通过用细胞分裂素来处理离体叶片，记录叶片失绿变黄的所需时间来证明。
2.2根据实验的过程或步骤写实验原理
对于这一类题型，阐述实验原理必须要解决两个问题：为什么这样操作?为什么出现这样的现象?在回答这两个问题时，可以只针对实验组的处理和变化进行叙述，讲清前因后果，也可以写清对同一实验对象实施不同自变量处理时的变化。
[例2]为确定人体在运动时呼出气体中的CO2浓度是否比静止时高，某同学进行了如下探究：
作出假设：人体在运动时呼出气体中CO2的浓度比静止时高。
实验过程：①在3个烧杯中，分别注入100mL蒸馏水，测定其pH。
②实验者在安静状态(静坐2min)、中度运动(步行2min)以及剧烈运动(跳绳2min)后，立即分别向上述3个烧杯的水中吹入等量气体，测定pH。经多次重复实验，所得平均数据如表1。
请回答：该实验的原理是_____(其他问题略)。
分析：本题实验原理的提出在于回答清楚两个问题：为什么这样操作?(CO2在水中溶解后使水的pH下降，因此让受试者在不同运动状态下呼出气体到水中，通过测定水pH的变化可以推测呼出气体中CO2浓度的变化。)为什么出现这样的现象?(人在不同运动状态下产生的CO2不同，溶于水后也会导致pH不同。)
参考答案：CO2在水中溶解后使水的oH下降，人在不同运动状态下产生的CO2不同，溶于水后也会导致pH不同，通过测定水pH的变化可以推测呼出气体中CO2浓度的变化。
2.3实验原理在实验设计中的指导作用
准确掌握实验原理可以在实验中指导选择实验材料、选择观测指标、设计方法步骤、预测和分析实验结果。
[例3]验证CO2是光合作用的必要条件之一。
分析：本题首先需要考虑光合材料的选择：植物(常用盆栽植物、水生植物)、新鲜的叶圆片等，而后根据所选材料分析如何控制“有无CO2供应”的条件(如用NaHCO3溶液提供CO2，用NaOH吸收CO2等)，从而设计出相应的实验步骤，并对实验结果进行分析和预期)。
实验原理一：光照条件下，植物吸收CO2进行光合作用，合成淀粉，遇碘变蓝。a装置中CO2被NaOH吸收，不能进行光合作用，则叶片遇碘不变蓝。
选材：绿色盆栽植物。
实验步骤：①选择两株长势相同的植株，饥饿处理后分别如图装置，适宜光照2h；
②分别取a、b两株植物的叶片，碘蒸气熏蒸，观察叶片是否变蓝(检测指标)。
预期结果：a叶片不变蓝，b叶片变蓝。
实验原理二：光照条件下，B组黑藻利用NaHCO3溶液提供的CO2进行光合作用，释放O2，装置中气体压强大于B装置，红色液滴左移。
选材：水生植物。
实验步骤：选择两株长势相同的黑藻，如图装置(图2)，给予适宜光照；观察红色液滴的移动情况(检测指标)。
预期结果：红色液滴左移。
实验原理三：光照条件下，叶圆片吸收NaHCO3溶液提供的CO2进行光合作用，释放的O2积累在叶肉细胞间隙，叶圆片上浮。
选材：新鲜的叶圆片。
实验步骤：取新鲜叶片，用打孔器打出叶圆片20片，抽去其中空气后，平分为两组，如图放置(图3)，将A、B两装置都置于25％、相同光照条件下，观察叶圆片能否浮起(观测指标)。
预期结果：B组叶圆片很快浮起。
电网设计的原理及应用 第7篇
近年来,随着用户对供电可靠性的要求越来越高,城市配电网的供电压力日益凸显,将110 k V及以下电压等级配电网的继电保护、安全自动装置的运行要求提到一个新的高度。与高电压等级的输电网相比,配电网的继电保护配置更为薄弱。220 k V及以上电压等级电网保护通常按主后一体、双重化原则配置,保护的速动性和选择性得到了有效的保证。而110 k V高压配电网普遍仅配置阶段式距离、零序电流保护,需通过保护范围与动作时间的逐级配合来确保故障切除的选择性,对于多级链式的长短线路群而言,保护的逐级配合往往难以实现。
为了避免因继电保护失配、拒动导致的保护无选择性动作,进而引发较大面积停电事故,优化110 k V高压配电网的继电保护配置与策略,意义是显而易见的。在充分利用设备集成、网络通信等新技术的基础上,有效控制设备建设成本,改善110 k V高压配电网的保护与控制系统,提高电网运行可靠性,是近年来国内电网企业努力的一个方向。尽管如此,目前大部分广域保护的研究仍主要面向高压输电网,较少涉及110 k V及以下电压等级电网[1,2,3,4,5]。为此,2012年至2013年期间,广州供电局有限公司结合某110k V区域电网的具体运行要求,与南京南瑞继保电气有限公司联合开发了一套区域保护与控制系统,目前该系统已挂网投入试运行。该系统集成了继电保护、备用电源自投、稳定控制等功能,本文仅介绍用于优化110 k V高压配电网继电保护的基于联锁的区域电网线路保护原理及其应用。
1多级串供线路的整定配合问题
城市电网的110 k V配电网通常采用闭环设计、开环运行的模式,具有一次接线复杂、运行方式多变、供电电源薄弱、供电级数多的特点。由于城市电网的110 k V配电网普遍仅配置阶段式距离、零序电流保护,需通过保护范围与动作时间配合来确保故障切除的选择性,所以存在以下问题:
a.对于多级链式、包含长短线路群的电网,阶段式保护的逐级配合往往难以实现;
b.对于运行方式灵活、电网供电方式变化多样的电网,阶段式保护配合方案难以适应多种运行方式。
为了使分析具有代表性,以配合难度相对较小的距离保护来说明多级串供线路的保护配合问题。线路三段式距离保护的Ⅱ段定值zⅡset优先与对侧相邻线路的距离保护Ⅰ段定值z′Ⅰset配合整定,若可整定,则必须满足:
其中,zL为本线路正序阻抗;z′L为对侧相邻线路的正序阻抗。取典型值可靠系数krel=0.8,灵敏度系数ksen=1.2,则线路长度比应满足zL/z′L≤krel/(ksen-krel)=2。受负荷密集程度、变电站布点、线路参数差异等因素的影响,该条件在110 k V电网中经常不能满足,本线路的距离保护Ⅱ段只能考虑与对侧相邻线路的距离保护Ⅱ段配合,则保护动作时间tⅡset将逐级累加,即:
其中,Δt为保护动作时间配合级差。鉴于上述原因,国内多数配电网的整定计算采用了同段配合的基本原则(Ⅱ段与Ⅱ段配合,Ⅲ段与Ⅲ段配合)[6],通常使得多级串供的长短线路群的保护动作时间较长。由于保护动作时间还需受上级电网的动作时间限制,难以避免出现保护失配的情况。
通过具有全范围速动特性的纵联保护来保证选择性是220 k V及以上电压等级输电网的解决思路,用于110 k V电网时,存在以下问题:
a. 110 k V电网T型、Π 型接线等多分支输电线路普遍存在［7］,成熟应用的常规纵联电流差动保护、纵联距离/ 方向保护通常难以适用;
b. 110 k V电网设备数量大,保护设备配置数量增大,相应的建设成本、运维成本明显提高。
2 基于联锁的区域电网线路保护
2.1 保护原理
上述分析表明,造成保护配合困难的根本原因是阶段式保护需要通过动作时间来实现配合,当电网供电级数较多时,往往难以实现逐级配合。 如果可以获取“在本线路保护元件动作范围内、但不属于本线路的设备”的保护动作信息,实现保护动作联锁,则可以有效解决该问题。 近年来,基于站内联锁信息的继电保护原理已经有较为成熟的应用［8-10］,相关技术应用于区域电网的线路继电保护,同样可以达到良好的应用效果。
各110 k V线路间隔配置一段相间、接地距离判别元件(注:此处的“一段”强调仅配置一段距离元件,而不等同于传统的“第一段”距离元件“距离Ⅰ段”的概念)。 线路间隔的相间、接地距离判别元件的算法与常规线路保护的相间、接地距离判别算法无差别,为圆特性距离元件,具有良好的方向性。 与阶段式距离保护Ⅱ段定值的整定原则类似［6］,站域保护设备的线路间隔相间、接地距离范围zset应保证本线路有足够灵敏度,与对侧变电站站域保护设备的其他线路间隔相间、接地距离范围z′set配合整定,同时与线路T接的变压器、对侧变电站的变压器差动保护配合,即:
其中,krel≤0.8;ksen≥1.2。 由于变压器短路阻抗远远大于线路阻抗,该整定原则非常容易满足。 在实际应用中,为了避免本线路定值zset与下级线路定值z′set配合后无法满足灵敏度要求的情况发生,通常采用优先保证本线路定值zset的灵敏度,下级线路定值zs′et满足上级线路定值限额的方式整定。
在需配合的保护中,变压器的主保护(主变差动保护)、母线的主保护(母差保护,可能未配置)为瞬时动作的保护,线路保护与其配合的难度小。 同时,变压器差动保护涉及其他电压等级(变压器低压侧),为了降低实现难度,无需将其动作判别结果作为联锁信号的一部分。 因此,仅将本线路对侧变电站母线、相邻线路的保护动作判别结果作为本线路保护的联锁信号,并通过动作时间与对侧变电站变压器的主保护进行配合,如图1 所示。
保护的联锁逻辑以及跳闸逻辑如图2 所示,当站域保护设备判别本线路间隔相间或接地距离判别元件动作,且线路对侧变电站的相关母线母差保护元件、相邻线路距离判别元件均不动作或本线路对侧的开关在分位,则经过整定时间tset后跳本线路开关,否则不跳本线路开关。 需特别强调的是,距离判别元件的动作并不代表本线路跳闸。
tset不需考虑线路保护的逐级配合时间级差,只需考虑与变压器差动保护的配合,通常取150~300 ms,该动作时间通常可以满足110 k V电网的快速性要求。
为了进一步说明保护原理,以图3 所示的典型110 k V电网局部接线为例进行分析说明。 在多级供电路径上的变电站1、2、3 分别安装站域保护设备P1、P2、P3(站域保护设备按变电站单台配置),作为终端变电站的变电站4(由于无下级线路)则无需配置站域保护设备。 各变电站的110 k V间隔均已接入本站站域保护设备(注:考虑备用电源自投、稳控等功能需求,接入站域保护设备的间隔不仅限于110 k V各间隔,鉴于与本文所述的继电保护原理无关,不做介绍),站域保护设备实现所在变电站的110 k V母线母差保护功能,各110 k V线路间隔仅配置一段相间、接地距离判别元件。 站域保护设备还实现所在变电站的110 k V母线母差保护功能,其保护原理与独立配置的常规母线差动保护无实质性的差别,此处不做介绍。
一次系统存在直接电气联系(有输电线路连接)的变电站的站域保护设备之间(P1与P2之间、P2与P3之间)通过通信通道(该通信通道应满足保护的性能要求,与常规纵联距离保护的通信通道类似)进行通信,站域保护设备可以获得线路对侧变电站站域保护设备的母差保护、下级线路保护动作信息。
图3 所示的保护范围按式(3)的原则整定,根据图2 所示保护联锁/ 调整逻辑,可以分析出各类故障的保护动作判别结果如表1 所示,能够有效兼顾选择性与速动性。
对于强电源侧的保护判别逻辑,上述动作判别结果显然是成立的。 无电源或极弱电源侧的保护可能不起动或距离元件不动作,无法满足跳闸条件,不能出口跳闸,由强电源侧的保护动作出口跳闸将故障与电源隔离,该动作特性与常规阶段式距离保护、纵联保护的动作特性是一致的(常规阶段式距离保护无/ 弱电源侧保护不动作,纵联保护弱馈侧可不投跳闸)。 强电源侧跳闸后,若另一侧无电源,则已将故障隔离;若另一侧包含小电源(极弱电源)且后备保护仍无法起动,此时已无法通过继电保护措施隔离故障,应由相应的低频、低压解列装置对小电源进行脱网解列,可满足110 k V电网输电线路的故障隔离要求。 分析表明,该保护原理无论是对于供电方式可能改变的单电源供电电网,还是同时具有多电源供电的电网,其动作行为均正确有效,可灵活适应供电方式变化。
对于图3 所示电网,基于联锁的区域电网线路保护与传统阶段式距离保护的动作时间如表2 所示,其优势是明显的。
注:1 输电线路3 的距离保护Ⅱ段动作时间为0 s,下级线路的距离保护Ⅱ段动作时间也为0 s,保护失配。
2.2 实现方法及容错性分析
保护功能基于区域保护与控制系统实现。 区域保护与控制系统的结构如图4 所示。 有直接电气联系的变电站站域保护设备之间通过点对点的2 Mbit / s SDH通信通道进行数据交互,实现相应的保护功能,属于分布式功能(无控制中心模式),与区域保护控制主站无关。
为了保证站域保护设备的通用性,站域保护设备采用了模块化的多插件式结构,可根据站内元件类别、数量配置相应的功能插件,以适应设备规模、接线方式的差异。 相应地,不同接线方式下,各站域保护设备之间的联锁关系也不相同。 站域保护设备之间的联锁信息传输采用IEC61850 标准的GOOSE传输机制,可以通过订阅/ 发布配置方法,将相关联锁信息构成GOOSE数据集发布,作为对应订阅方的联锁信息输入。 该实现模式可以灵活适应各种电网结构,具有良好的互操作性与可扩展性。
注:1 判据返回的原因是母线差动保护或变压器差动保护在tset内动作切除故障;2 线路2 的跳闸动作判别逻辑与线路1 相同,在此不结合与线路3的配合情况进行分析。
为了满足接入多个间隔的需求,根据接线规模配置若干采集/ 控制单元,实现模拟量、状态量的采集与控制开出,分别以SV、GOOSE组网或多路点对点的方式传输。 对于数字化变电站,无需重新配置采集/ 控制单元,站域保护设备可直接接入过程层网络或以点对点方式与相关合并单元、智能终端通信。 采集/ 控制单元与站域保护设备共同构成站域保护控制系统。
与传统的按间隔配置的继电保护设备相比,区域保护控制系统采用了集成式的设备、对通信有较强的依赖性,属于复杂系统。 为了保证继电保护的选择性与可靠性,在软硬件方面采取容错措施是必要的［11-12］。 区域保护控制系统从故障及异常判别原理、硬件设备异常、通信通道异常等方面,采取以下措施提高系统的容错性。
a. 站域保护控制设备的距离元件等故障判别原理以及电流互感器、电压互感器断线等异常判别原理与传统的按间隔配置的继电保护设备是一致的。故障判别原理已有成熟的应用经验,对于故障识别具有较好的容错性［13］;在电流互感器、电压互感器等外回路异常时,相关异常判别原理可以将异常定位于具体间隔,并退出该间隔的相关故障判别,避免保护误动。
b. 在通信方面,对通信通道的性能(传输延时、误码率、平均无故障时间等)要求等同于常规纵联距离/ 方向保护对光纤通信通道的性能要求,保证了通道的可靠性。 与常规的(通过通信通道传输保护装置开出量实现允许/ 闭锁信号传输的)纵联距离/ 方向保护相比,区域保护控制系统对通信通道具有更优的通道监视机制。 常规的保护装置本身无法检测通道或开入、开出异常,当本侧无开入信号时,可能是对侧未发开出信号,或对侧有开出信号但因通道异常无法传输至本侧开入,无法避免因误发送允许(或闭锁)信号引起的保护误动(或拒动)。 在区域保护控制系统中,站域保护设备之间的联锁信息采用GOOSE传输机制,两侧通信接口通过通信通道连接,不经开入、开出环节,当通道异常时,装置无法接收到有效的数据帧,可直接检测出通道异常,有效避免通道中断导致的保护误动作。
c. 站域保护设备的软硬件设备异常时, 设备无法正常工作,无法对故障、异常进行判别,同时也无法正常通信,需与其配合实现基于联锁的区域电网线路保护的站域保护设备均与其有通信联系,可以通过通道监视检测出来自该站域保护设备的相关联锁信号不可用,退出相关跳闸逻辑,有效防止保护误动。
3 试点应用情况简介
针对广州某110 k V区域电网一次接线复杂、运行方式多变、供电电源薄弱、供电级数多的特点,为了满足防范较大面积停电的迫切需求,按图4 所示构架,在该电网建设了一套区域保护控制系统,目前该系统已挂网试运行。
如图5 所示,该区域保护控制系统由1 套保护控制主站以及7 套站域保护控制系统构成,覆盖了7 个变电站,实现了所覆盖区域电网的线路保护、站内关键设备保护、区域备自投、站域备自投、稳定控制、设备过载联切等功能。 通过建立站域保护设备之间的联锁关系,实现了包括T型、Π 型接线在内的所有联络输电线的全线快速后备保护,在一定程度上解决了该110 k V电网的多级链式电网配合困难的问题,同时也起到了强化保护配置的作用。 系统投入运行后运行稳定,期间,被保护线路“DD线”发生故障1 次,保护正确动作(动作时间154 ms),保护原理的正确性、系统的可靠性得到了有效验证。
另外,集成于区域保护控制系统中的保护动作后,其动作信息(包括基于联锁的区域电网线路保护动作信息)还作为备自投、稳定控制的判别依据。 如:线路保护动作信息作为区域备自投故障识别的依据之一,区域备自投动作后首先根据该保护动作信息发出跳闸命令隔离故障线路,再实现远端备用电源的自动投入。 区域备自投的动作逻辑在此不作详细说明,详情请参考文献[14-16]。
4 结论
本文介绍的基于联锁的区域电网线路保护原理从解决110 k V电网切实需求的角度提出,实现了工程应用,为相关技术的进一步研究和应用提供了借鉴。 总体而言,该保护原理和系统具有以下特点。
a. 保护通过简单的联锁逻辑,结合整定配合,实现了包括T型、Π 型接线在内的多端输电线路的新型后备保护,在速动性满足110 kV电网需求的前提下,可用于解决多级线路配合困难的问题。
b. 保护采用了设备集成技术,与备自投等安全自动控制功能在信息采集、设备控制、数据通信上共享了软硬件资源,降低了设备成本,也为继电保护与安全自动控制的协同提供了较为便利的技术条件。
c. 设备采用了模块化的多插件结构、基于发布/订阅的GOOSE传输机制,具有较好的互操作性和可扩展性,可以较灵活地适应各种接线、运行方式的110 k V电网。
同时,正是因为采用了设备集成、网络通信技术,区域保护控制系统的可靠性也相应受到影响,从目前技术现状来看,该系统仅能作为现有继电保护及安全自动装置的补充,用于优化现有的110 k V电网保护控制系统,属于一种新型的后备保护控制系统。
摘要：针对110kV电网的特点,分析了阶段式距离保护在多级线路结构的电网中逐级配合困难的问题,提出了基于联锁的区域电网线路保护原理。该保护原理结合了本线路距离保护和线路对侧变电站的母线电流差动保护、线路距离保护的故障判别结果,从而实现全线范围的快速动作后备保护功能。该保护原理集成于区域保护与控制系统中,通过站域保护设备之间的动作信息发布/订阅,实现了基于联锁的区域电网线路保护功能。基于该原理的区域保护与控制系统已通过仿真测试并投入试运行,其原理的正确性得到了验证。
高压电网继电保护原理及技术分析 第8篇
高压电网继电保护是电力行业发展过程中的一个重要内容, 随着我国电力行业的不断发展, 我国对高压电网的继电保护技术的研究越来越深入, 这对于高压电网的稳定运行有很大的帮助。我国高压电网继电保护技术经过研究和发展, 当前在电力系统中的应用变得越来越广泛, 有助于提高电力系统的运行管理水平, 尤其是在现代电力技术的发展过程中, 还加强了很多其他新技术的研究, 比如在高压电网继电保护中大量应用了神经网络和全球卫星定位系统, 效果显著, 使得高压电网的继电保护研究朝着信息化、网络化、智能化的方向发展。
1 高压电网继电保护技术的工作原理
高压电网继电保护是电网安全稳定运行的一个重要基础和保障, 高压电网在使用过程中会受到自然灾害的影响, 比如雷击、大风等, 加上人为的影响, 高压电网有可能在运行的过程中会出现各种形式的短路以及不正常的工作状态, 当发生这些不正常的现象时会有一个突变的物理量, 当这些物理量的变量到达一个数值之后就会启动电力系统的逻辑控制环节, 促使相应的服务器给通信接入设备发出相应的跳闸脉冲和信号, 从而实现跳闸, 对高压电网进行及时的保护, 这就是高压电网继电保护的基本原理。通过这样的信号传输以及运行, 可以形成一个电网故障保护系统, 当高压电网发生短路后, 系统可以及时地根据电力系统中的电流、电压、阻抗等各个参数的变化, 启动电网的故障保护系统。对于高压电网的内部故障以及外部故障, 其应对措施是有一定区别的, 出现内外故障的时候, 高压电网中被保护的电力设备两侧的电流相位存在着一定差别, 当两侧电流大小不等而相位相等时, 代表高压电网的内部出现了故障, 因此可以借助两侧的电流、相位以及功率上的差别形成相应的保护动作。比如纵联差动保护、相差高频保护和方向高频保护等, 都是对内部故障进行保护的相应手段。
2 高压电网继电保护技术
2.1 高压电网继电保护技术研究现状
目前, 关于高压电网继电保护技术的研究越来越深入, 各种原理采用不同技术实现的继电保护形式也多种多样, 比如小型水电厂和火电厂一般都采用电磁型继电保护, 在配电线路上依旧采用比较普通的电磁型电流保护。对于一些中型的发电机以及变压器一般采用晶体管型比例制动原理的差动保护。对于那些主网和新建的大型变压器以及大机组的发电厂, 一般都采用微机进行继电保护, 使得继电保护实现了信息化和智能化。当然, 依旧有一些发电机、变压器以及输电线路采用了集成电路进行保护。当前关于继电保护技术的研究, 也逐渐和计算机、网络等实现了融合, 使得继电保护技术得到有效地拓展。从原理角度来讲, 我国的电网继电保护技术有很多种类, 这些对从事继电保护工作的技术人员带来了很大的难度。
2.2 高压电网继电保护技术的发展
(1) 用全球卫星定位系统建立高压电网继电保护。从上世纪九十年代开始, 我国就已经基本实现了通信一体化, 全球卫星定位系统的应用, 使得各个领域的技术研究都得到了很大的拓展。全球卫星定位系统可以实现全球性、全天候连续的实时定位和授时, 而且是无条件地针对多个领域的, 因此在全球范围内都是一个备受推崇的应用技术。这种技术在很多领域都有应用, 比如军事、导航、民用等。进入21 世纪以后, 有的国家开始对全球定位系统与高压电网的继电保护技术之间的关系进行研究, 全球定位系统在高压电网继电保护技术上应用, 主要是从全球定位系统接收机获取精确时间和同步脉冲信号, 并且可以进行电网统一的时钟和同步采集, 对全国的电力系统时间进行统一。全球定位系统的接收机能够提供两种时间信号, 并且误差很小, 可以缩短高压电网继电保护过程中的通信时间, 建立一种统一化的通信状态, 便于进行高压电网继电保护的统一定位。
(2) 神经网络与高压电网继电保护的智能化。神经网络与继电保护技术之间的结合, 可以有效地提高继电保护水平。神经网络出现后, 可以对各个系统内部的关系进行更加充分的分析, 不断提高神经网络内存知识量。使用神经网络理论建立的高压电网继电保护装置可以对各种比较复杂的模式进行分辨, 从而更好地识别高压电网在运行过程中出现的各种异常情况, 并且采取相应的应对措施对其进行处理, 使得高压电网得到有效的保护。
(3) 加大对高压电网继电保护的投入, 更新保护装置设备。在高压电网的继电保护过程中, 各种继电保护装置是关键, 为了要提高高压电网的继电保护能力, 应该要加强对各种保护装置的配备, 增加保护装置动作的可靠性, 加大对高压电网继电保护的投入, 对各种已经落后的设备进行淘汰, 加强对各种新型的继电保护装置的利用, 提高对高压电网运行过程中的各种异常情况的敏感度, 更好地实现保护。继电保护装置与输出电压存在一定的正相关系, 由于高压电网继电保护装置的运行效果也取决于效验的准确性, 因此为了确保保护装置的正常运行, 应该要进行必要的保护效验, 确保各个继电保护装置在使用过程中具备良好的性能。也就是说, 在高压电网的运行过程中, 对安全生产不会造成影响的时候, 应该要及时对继电保护装置以及继电保护校验设备进行检查, 并且建立比较完善的供电网络系统, 确保各个电网的贿赂可以有充分的相应时间和保护时间, 对高压电网中的异常情况进行准确全面的监测, 从而使得高压电网安全稳定地运行。
3 结束语
随着电力行业的不断发展, 高压电网保护技术的研究越来越深入, 高压电网继电保护技术是确保电网安全稳定运行的基础。随着高压电网对继电保护的要求不断提高, 在未来的发展过程中, 应该要加强继电保护技术的不断深入研究, 微机化、网络化、智能化都是高压电网继电保护技术不断发展的方向, 做到防患于未然, 对高压电网进行全面的保护。
摘要：随着我国的电力行业的不断改革, 我国电力事业的发展得到了有效的推进。在电力行业的发展过程中, 对高压电网继电保护运行、事故分析和电网运行的管理水平和决策能力的要求越来越高, 文章对高压电网继电保护技术相关的问题进行分析, 并且提出策略, 旨在提高高压电网的继电保护能力。
关键词：高压电网,继电保护,技术,方法
参考文献
[1]陈建民, 邱智勇, 韩学军.大电网继电保护技术应用与发展[J].华东电力, 2007 (11) .
[2]沈冰超. (特) 高压输电线路保护原理与技术的研究[D].浙江大学, 2007.
电网设计的原理及应用 第9篇
机车柴油机升降翻转架设备 (简称翻转架) 是为东风4A、4B、4D型和东风8, 11型机车柴油机而设计、制造的工艺装备。它可用于铁路机务段机车中修过程中, 是柴油机机体拆卸、总装作业中的必需设备之一。
根据装配作业需求的不同, 翻转架可使机车柴油机 (不含主发电机) 做垂直升降运动, 便于装配工人站在地面或平台上, 对机车柴油机进行各项分解、装配作业, 也可使机车柴油机 (不含主发电机) 360°翻转, 并停在任何角度, 以便柴油机上各个部件在拆除或装入机体时处于最为有利的位置, 便于工人装配。
考虑到目前常见的机车柴油机有2种不同的盘车机构, 所以, 改进翻转架, 设置2套盘车机构驱动装置, 以满足不同盘车机构的使用。
通过观察车间工人对机车柴油机油底壳的拆装过程, 设计出了油底壳拆装工装, 以减轻工人的劳动强度, 提高生产效率。
2 翻转架的结构和工作原理
翻转架采用地坑式设计, 地坑2边设置移动伸缩平台。升降装置通过圆柱状支撑体和“V”形托架头托举翻转装置, 有效地解决了升降过程中遇到的卡阻问题。
翻转架是由主体结构和检修辅助装置组成。主体结构包括升降装置、翻转装置、移动平台装置、盖板和人梯、电控系统5部分, 如图1所示;检修辅助装置包括盘车机构驱动装置、机体液压撑开器和油底壳工装3部分。
2.1 主体结构
2.1.1 升降装置
升降装置是由4组丝杠升降机组成的, 可将其设置在地坑4角。驱动机构采用行星齿轮电机减速器, 将其设置在升降机上方, 升降机平衡误差要控制在4 mm内。4台升降机单独驱动, 用PLC和编码器控制4台升降机的同步问题。
2.1.2 翻转装置
翻转装置是由可拆卸转盘翻转架、翻转架销齿轮驱动机构和升降平台组成的。可拆卸翻转架由2个转盘与2根主梁铰接;翻转架销齿轮驱动机构选用摆线针轮减速器和带制动器的启动电动机。驱动机构体积小、质量轻、工作效率高;销齿采用可拆卸式设计, 磨损后方便更换;用2根梁将2个转盘座连接起来, 并在中间铺设花纹钢板, 组成升降平台。如果有特殊需要时, 装配人员可在此处作业, 它能起到安全防护和防止零件不慎落入地坑的作用。主动端转盘座开设工艺检修孔, 用于检修加注油脂和齿轮更换。
2.1.3 移动平台
移动平台装置是由驱动机构、导向机构、活动台板和后台等构成。驱动机构通过销与活动台板连接, 台板运动时不会发生犯卡现象。导向机构采用滚轮和导槽结构, 制造简单, 使用可靠。在后台处可放置螺栓、连杆、销和工具等装配小零配件, 方便取用。
2.1.4 盖板和人梯
地坑设置盖板和人梯。在翻转主动端的盖板开设人孔, 并装有翻起式人孔盖。人梯自地面至地坑, 地面以上设置扶手, 以便于设备的维护和检修。
2.1.5 电控系统
电控系统包括电控柜、安全警报、行程传感和电气连锁等。将电控柜布置在翻转主动端一侧, 方便监测翻转状态和位置。电控柜形状和按钮布置贴合人机工程原则。各机构在运行时, 均有状态指示, 并有蜂鸣音提醒工作人员注意安全距离。当电气连锁防止误操作时, 故障提示则以电铃声报警。
2.2 检修辅助装置
检修辅助装置是柴油机检修过程中使用到的一些特殊工装和设备, 它们能减轻工人的劳动强度, 提高生产效率。
2.2.1 盘车机构驱动装置
针对不同型号的柴油机, 该设备配置了2套盘车机构驱动装置。DF8型盘车机构驱动装置 (兼顾DF11车型) 是由SLKA57BY减速电机和连接杆组成的。在现场调整好减速电机底座的位置后, 将其焊接在翻转台从动轮上。在设备工作时, 用连接杆连接减速机输出轴和柴油机主发端输出轴, 连接好后可启动减速机进行盘车过程。DF4型盘车机构驱动装置是由XWDY1.5-3-35减速电机、链条和链轮组成的。在现场调整好减速电机底座位置后, 将其焊接在翻转台从动轮上。在设备工作时, 要先将链轮安装在柴油机主发端输出轴上, 然后再用链条连接2个链轮。因为减速机底座中有腰圆槽, 当链条过紧或过松、或者两链轮不在同一平面时, 可移动减速机或适当调整减速机底座, 调整好后, 可启动减速机进行盘车过程。盘车机构驱动装置如图2所示。
2.2.2 机体液压撑开器
该设备主要用于DF4、DF8等内燃机、柴油机拆装主轴承盖, 具有结构紧凑、使用方便、安全等优点。机体液压撑开器主要是由单作用油缸、手压双级油泵、高压油管和快装接头等组成的。在设备工作时, 只需将油管两端的快装接头分别与单作用油缸和手压双级油泵的快装接头套对接, 沟通油路后便可使用了。
2.2.3 油底壳工装
该设备主要用于柴油机油底壳的安装, 适用于各种柴油机机型。该设备的主体结构是由型钢制成, 具有结构紧凑、承载能力强等特点。根据柴油机油底壳安装工艺的要求, 将该设备的承载平面制作成可以升降的平台, 而升降机构是由电液推杆驱动杆件机构组成的, 升降形式为单侧升降, 升降幅度在180 mm。油底壳工装如图3所示。
3 翻转架的操作步骤
柴油机升降翻转架设备的操作步骤是: (1) 准备就绪后, 打开控制箱内的总电源开关 (QF) 和各用电设备开关。 (2) 关闭好控制箱门, 旋扭闭合“控制电源”开关, “电源指示灯”应亮。 (3) 根据需要旋扭“单动/联动”转换开关。单动开关用于设备调试、故障维修;联动开关用于设备的正常运行。 (4) 按下“上升”钮, 此钮灯亮, 翻转装置和升降平台则开始上升。等到了合适的高度后按下“停止”钮, 将其停在作业预备位置 (移动平台处于缩回到位状态, 翻转装置处于水平状态) 。 (5) 松开装卡螺栓, 打开压板, 吊入工件。 (6) 旋紧四周的顶丝, 定位工件——将压板放置在工件的观察孔上, 拧紧螺栓, 卡住工件。 (7) 严格按照铁道部拆卸工艺作业, 需旋转时, 则按下“翻转正转”或“翻转反转”钮, 直至其到了需要位置时按下“翻转停止”钮。 (8) 如果需要升降时, 则按下“上升”或“下降”钮, 按下“停止”钮即停止。 (9) 左右移动平台分别运行, 各设“前进”“后退”“停止”3个按钮。 (10) 作业完毕后, 设备恢复到作业预备位置。松开装卡螺栓, 打开压板, 吊出工件。○11重复步骤 (5) ~ (10) , 进入下一工件作业循环。○12全部工作完毕。○13旋扭关闭“控制电源”开关, 打开控制箱门, 拉下电源开关 (QF) 。
4 使用翻转架时的注意事项
使用翻转架时的注意事项有3点: (1) 设备在做升降、回转、伸缩等动作时, 伴有蜂鸣音, 提示工作人员保持一定的安全距离, 这属正常现象。 (2) 严格按照铁道部拆卸工艺作业, 不得提前进行翻转作业。 (3) 如果发出电铃声, 则属于故障现象, 应立即按下“急停”按钮, 并检修设备。
5 结束语
本文全面介绍了机车柴油机升降翻转架的设计原理和结构, 并改进了该设备中存在的问题, 增加了2套盘车机构驱动装置和1个油底壳工装, 减轻了工人的劳动强度, 提高了生产的工作效率。综上所述, 建议各铁路机务段有针对性地改造原有的机车柴油机升降翻转架。
参考文献
[1]机械工业部起重运输机械研究所.GB 3811—83起重机设计规范[S].北京:中国标准出版社, 1984.
[2]全国起重机械标准化技术委员会.GB 6067—85起重机械安全规程[S].北京:中国标准出版社, 1985.
[3]原中华人民共和国机械工业部.GB 50278—98起重设备安装工程施工及验收规范[S].北京:中国标准出版社, 1998.
[4]原中华人民共和国机械工业部.GB 50231—98机械设备安装工程及验收通用规范[S].北京:中国标准出版社, 2005.
单片机原理及应用教学项目设计 第10篇
关键词：单片机,教学,项目驱动
一、引言
单片机是把一个计算机系统集成到一个芯片上, 广泛应用于家用电器、智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、军工等领域, 在社会生活中具有极其重要的作用。单片机原理及应用是测控技术与仪器专业中一门重要的综合性很强的专业基础课程, 并且与多门课程深度相关, 如电工基础、电子技术基础、传感技术、微机原理及应用、控制工程基础、测控电路设计、 智能仪器设计等。同时本门课程具有极强的综合性、 实践性的特点, 对于培养学生的实验能力具有重要作用。基于单片机教学的重要性, 全国各校也一直在进行关于单片机的教学方式、方法改革, 主要的改革方向均是增强单片机教学的实践能力, 在课堂教学的基础上, 加强实践教学, 主要的方式包括: (1) 加强实验环节; (2) 增加综合性实验; (3) 加课程设计环节; (4) 设计单独的实践环节。项目驱动型是近年来比较受到认可的一种教学方式。项目教学法是在教师的指导下, 学生设计一个相对独立的项目, 围绕着项目组织和开展教学, 由学生提出设计目标, 完成项目的调研, 在教师的指导下, 形成设计方案, 完成项目的设计及调试, 并完成项目报告。对于培养学生的专业能力、信息收集能力、团队合作及写书面报告的能力等均有很大的帮助。项目教学法可将相关学科中的知识内容通过单片机作为核心, 转化为若干个教学项目, 使得学生在完成项目的过程中可以从知识体系的角度对本专业有深刻的认识。基于测控技术与仪器专业的特点, 项目的设计要尽可能与本专业重要的知识内容相结合, 可以综合学生所学的电路、数字电路、模拟电路、编程语言、仪器电路、光电检测技术、传感器等多门基础课和专业基础课的知识, 培养学生进行智能化电子系统整体设计能力。为此, 本文设计了单片机教学实践平台项目, 尽可能适应多种类型的传感器, 可以完成多种类型的测控系统, 全面培养学生的设计、实践能力。
二、单片机实践教学系统组成
教学系统的设计既要满足学生学习单片机的需要, 也为学生建立符合测控技术与仪器专业培养方向的测控系统提供了足够的空间;既为学生学习本专业的相关课程提供了一个平台, 也为学有余力的学生提供了更多深入学习的条件;既保留了目前教学过程中经典的教学内容, 也要对实际应用领域中广泛使用的新技术予以足够的重视。系统主要组成如图1所示。
教学实践平台以ADUC842单片机为核心, 设计了存储器扩展、人机接口、模拟信号处理电路、数字量输入输出电路、无线通信、驱动电路等, 同时可通过串口电路连接GPS、GPRS、485等在测控系统中广泛应用的技术, 同时设计多种类型传感器供学生组成不同类型的测控系统。
三、单片机实践教学系统电路设计
1.CPU电路设计。CPU选择ADu C842作为主控CPU, ADu C842是ADI公司生产的具有8051内核的模拟单片机, 集成了丰富的片上资源, 它具有3个16位定时器/计数器、62KB片内电擦除程序存储器、4KB片内电擦除数据存储器、2304B片内数据RAM、8通道12位高精度ADC、2个12位DAC、12个中断源、看门狗定时器和电源监视器, 同时还集成了UART、I2C和SPI串行接口, 既可满足学生学习的需要, 也是一种功能强大的可广泛应用的新型单片机。
2.模拟信号及数字信号输入输出电路设计。由于ADu C842单片机具有8通道12位A/D转换器及2路12位D/A转换器, 可以满足大多数的系统应用, 因此只需要利用运放设计放大电路, 用于和传感器输入的信号进行匹配即可。数字量输入输出采用光藕TLP281-4进行光电隔离, 一方面可以起到保护作用, 同时也可以匹配外接电路和各种电平, 为测控系统设计提供更多的灵活性。
3.人机接口电路。人机接口电路采用了单片机电路最常用的键盘、数码管管理器件HD7279作为核心电路, 设计了3×4的小键盘及四位数码管, 可以满足测控的基本需要, 同时还设计了液晶接口, 可设计出更丰富的界面。
4.通信电路设计。测控系统的通信主要分为有线和无线两种, 对于有线系统设计了最常用的RS232接口及广泛应用于测控系统中的RS485总线。无线通信采用了基于无线数据传输模块的通信接口设计, 工作于433MHz频段, 具有工作频道的设置和发送、接收、 待机状态等工作模式可短距离无线传输, 具有抗干扰性能强、可靠性高、安全性好、受地理条件限制少、安装灵活等优点, 在许多领域有着广泛的应用前景。同时为满足测控系统远程通信的需求, 设计了基于GPRS通信模块的接口。GPRS网不但具有覆盖范围广、 数据传输速度快、通信质量高、支持TCP/IP协议, 可以直接与Internet互通, 具有广泛应用。
5.典型应用电路设计。串行总线是现代测控系统中应用最广泛的技术, 为使学生学习到应用最广泛的单片机系统的串行片内互连技术, 采用了三种总线设计了外围电路, 分别是:DS18B20是基本于单总线的温度传感器、DS1302是基于SPI总线的日历时钟芯片、 AT24C02是基于二线串行总线的EEPROM芯片。传感器是单片机测控系统中最重要的组成部分, 为了与测控专业的其他课程相衔接, 分别采用了多种原理设计的传感器, 如电阻型、电感型、电容型、压电型等传感器, 特别重视光电式传感器的应用。
四、单片机实践教学项目应用
服装设计的原理及法则分析 第11篇
服装设计属于工艺美术范畴，是实用性和艺术性相结合的一种艺术形式。设计意指计划、构思、设立方案，也含有意象、作图、造型之意，而服装设计的定义就是解决人们穿着生活体系中诸问题的富有创造性的计划及创作行为。
关键词：服装设计；形式原理；基本法则
一、服装设计形式原理
在服装设计中的应用服装造型属于立体构成范畴，服装设计也就是运用美的形式法则有机地组合点、线、面、体，形成完美造形的过程。点、线、面、体既是独立的因素，又是一个相互关联的整体。
（一）点
点在空间中起着标明位置的作用，具有注目、突出诱导视线的性格。点在空间中的不同位置、形态以及聚散变化都会引起人的不同视觉感受。点在空间的中心位置时，可产生扩张、集中感；点在空间的一侧时，可产生不稳定的游移感；点的竖直排列能产生直向拉伸的苗条感；较多数目、大小不等的点作渐变的排列可产生立体感和视错感；大小不同的点有秩序的排列可产生节奏韵律感。 在服装中小至钮扣、面料的圆点图案，大至装饰品都可被视为一个可被感知的点。
（二）线
点的轨迹称为线，它在空间中起着联贯的作用。线又分为直线和曲线两大类，具有长度、粗细、位置以及方向上的变化。不同特征的线给人们不同的感受。例如水平线平静安定，曲线柔和圆润，斜向直线具有方向感。在服装中线条可表现为外轮廓造型线、剪缉线、省道线、褶裥线、装饰线以及面料线条图案等等。服装的形态美的构成，无处不显露出线的创造力和表现力。
（三）面
线的移动形迹构成了面。面具有二维空间的性质，有平面和曲面之分。面又可根据线构成的形态分为方形、圆形、三角形、多边形以及不规则偶然形等等。不同形态的面又具有不同的特性。如三角形具有不稳定感，偶然形具有随意活泼之感等。面与面的分割组合、重叠和旋转会形成新的面，面的分割有以下几种分割方式：直面分割、横面分割、斜面分割、角面分割。在服装中轮廓及结构线和装饰线对服装的不同分割产生了不同形状的面，同时面的分割组合、重叠、交叉所呈现的平面又会产生出不同形状的面，面的形状千变万化。
（四）体
体是由面与面的组合而构成的，具有三维空间的概念。不同形态的体具有不同的个性，同时从不同的角度观察，体也将表现出不同的视觉形态。 体是自始至终贯穿于服装设计中的基础要素，设计者要树立起完整的立体形态概念。一方面服装的设计要符合人体的形态以及运动时人体的变化的需要，另一方面通过对体的创意性设计也能使服装别具风格[1]。
二、基本法则
服装是人类重要的审美对象。在长期实践中，人们通过鉴赏和创造服装的外观形式组逐步发展了一些与其他艺术门类相通的形式法则，这些法则对提高我们的艺术修养和创作能力有良好的指导意义。其主要有比例、平衡、视错、强调、变化与统一的协调等几个方面的内容。
（一）比例
比例是相互关系的定则，体现各事物间长度与面积，部分与部分，部分与整体间的数量比值。对于服装来讲比例也就是服装各部分尺寸之间的对比关系。
比例也是服装设计的重要法则。服装的外观要给人美的感受，组成服装外观美的各要素均应具有良好的比例。例如裙长与整体服装长度的关系；贴袋装饰的面积大小与整件服装大小的对比关系等。服装设计的比既要尊重人们固有的审美习惯和审美经验，又要跟上时代的变化。
（二）平衡
在一个交点上，双方不同量，不同形但相互保持均衡的状态称为平衡。其表现为对称式的平衡和非对称性平衡两种形式。 对称的平衡关系应用于服装中可表现出一种严谨、端庄、安定的风格，在一些军服、制服的设计中常加以使用。为了追求活泼、新奇的着装情趣，不对称平衡则更多应用于现代服装设计中，这种平衡关系是以不失重心为原则的，追求静中有动，以获得不同凡响的艺术效果。
（三）节奏
在视觉艺术中点、线、面、体以一定的间隔、方向按规律排列，并连续反复运动就产生了节奏。这种重复变化的形式有三种，有规律的重复、无规律的重复和等级性的重复。这三种韵律的旋律和节奏不同，在视觉感受上也各有特点。在设计过程中要结合服装风格，巧妙应用以取得独特的韵律美感。
（四）视错
由于光的折射及物体的反射关系或由于人的视角不同、距离方向不同以及人的视觉器官感受能力的差异等原因会造成视觉上的错误判断，这种现象称为视错。将视错的认识运用于服装设计中，可以弥补或修补整体缺陷。例如利用增加服装中的竖条结构线或图案来掩盖较胖的体型。视错在服装设计中具有十分重要的作用，利用视错规律进行综合设计，能充分发挥造型的优势。
（五）强调
服装须有强调才能生动而引人注目。所谓强调因素是整体中最醒目的部分，它虽然面积不大，但却有“特异”效能，具有吸引人视觉的强大优势，起到画龙点睛的功效。在服装设计中可加以强调的因素很多，主要有位置方向，材质机理、量感等方面的强调，通过强调能使服装更具魅力。
（六）变化与统一的协调
变化与统一是构成服装形式美诸多法则中最基本、也是最重要的一条法则。变化是指相异的各种要素组合在一起时形成了一种明显的对比，变化具有多样性和运动感的特征，而差异和变化通过相互关联、呼应、衬托达到整体关系的协调，使相互间的对立从属于有秩序的关系之中，从而形成了统一。变化与统一的关系是相互对立又相互依存的统一体，缺一不可。在服装设计中既要追求款式、色彩的变化多端，又要防止各因素杂乱堆积缺乏统一性。在追求秩序美感的统一风格时，也要防止缺乏变化引起的呆板单调的感觉[2]。
服装设计是一门综合性很强的学科，它们能够帮助我们提高设计水平，并且从中激发丰富的艺术创作灵感。我们在生活中应该积累有关服装资料，它们将会对我们有很大的帮助。学习更多的知识把服装设计的工艺与技术相结合，使服装设计走向辉煌，从而诠释服装设计的真义。
【参考文献】
[1]鲁闽.《服装设计基础》[M].杭州：中国美术学院出版社，2010
[2]刘元风.《服装设计教程》[M].杭州：中国美术学院出版社，2012
电网设计的原理及应用 第12篇
在单片机原理及应用课程的理论课中,对于单片机的结构、组成以及单片机系统的实现都有讲解;实验课中,学生又通过动手来编写程序和搭建硬件电路或电路仿真来完成相应的实验。而紧跟其后的课程设计,在以上环节进行完毕后,通过给学生提出综合性的系统要求,在学生分析解决问题后最终完成系统实现。[1,2,3]
1 单片机课程设计教学目标与特点
单片机原理及应用课程设计环节是为了进一步巩固学生单片机原理及应用课程的理解,加深对微控制器的认识,在此基础之上,将所学基础知识,如模拟电子技术、数字电子技术、检测技术等课程进行综合,实现理论与实践结合,提高学生分析问题、查找资料、解决问题的能力。[4,5]
单片机原理及应用课程设计实践性强,同时注重理论与实践的结合。需要学生在理解课程教学内容的基础上,要完成对任务和指标进行分析,查找资料,方案设计,电路与软件设计,系统调试等工作。[6,7]
2 单片机课程设计的现状与分析
目前很多学校在这一环节,所采用的设备、教学内容、实施方式和手段等有以下特点。
2.1 实验设备陈旧
很多学校的实验设备采用实验台或实验箱,这些实验箱或实验台是采购厂家的产品(如图1所示)。实验箱或实验台的优点是,集成了丰富的模块,包括常用I/O扩展模块、蜂鸣器驱动模块、RS232和RS485模块、8155、8255扩展模块、8253模块、128×64液晶点阵显示模块、16X16LED点阵显示模块、键盘LED控制器8279模块、4×4键盘模块、并行AD与并行DA模块、直流电机控制模块、步进电机控制模块、PWM脉宽调制输出接口模块、继电器模块等。可以开展较多的设计。
但使用实验箱或实验台来开展课程设计的缺点也很明显。
(1)实验箱体积大,不便于携带。学生们只能在实验室里使用,不便于学生带回进行调试。这样,学生在完成方案设计和软硬件设计后,只能扎堆来实验室,而实验箱的数量和实验室资源有限,学生往往要等待很久才能进行调试,浪费时间。
(2)对于课程设计来说,在题目和任务确定的前提下,进行调试时,实验箱上的很多模块是冗余的,而这种冗余是相对的。如基于DS18B20的温度显示系统设计用到了DS18B20模块、显示模块等,但是闲置了步进电机、直流电机、红外通信等模块。而闲置的这些模块恰好是基于单片机的步进电机控制系统设计、基于单片机的直流电机控制系统设计、基于单片机的红外通信系统设计等课程设计所需要的。所以,资源得不到最大化地利用,造成资源浪费。
(3)电路连接采用导线插拔,不宜使学生建立硬件设计的思想。实验箱内已经集成了各模块,且各模块的电源供电,晶振模块等已经联结完毕。学生在使用时,只需几根信号导线即完成硬件上的连接。这样学生对硬件设计没有概念,很多学生在做完课程设计后,不知道整个系统包括哪几部分模块以及彼此之间如何联系。
2.2 课程设计各步骤和时间安排不合理
在教学进程安排上,考虑到整个环节的综合性,单片机课程设计往往安排两周的时间。很多学校在实施时,往往按部就班地在两周的时间内进行以下步骤:题目下放,学生的资料查找,方案设计,硬件与软件设计,系统调试,验收与答辩等环节。其实两周的时间来完成课程设计时间上是足够的,但是在采用实验箱或实验台作为实验设备的前提下,系统调试的时间就大大缩短了。很多时候需要降低难度才能保证学生完成全部的步骤,这样课程设计的效果会大打折扣。
2.3 课程设计验收要求过于简化
单片机原理及应用课程设计强调实践性,所以最终的系统实现是明确的要求。但仅仅要求整个系统调通,展示现象是不够的。
前文所述,提出单片机原理及应用课程设计这个实践环节的目的在于将各门相关课程的综合,实现理论与实践的结合。若仅要求搭建电路后编写程序,然后调试完毕后结束,达不到对于单片机课程和其他相关课程的加深,对于使用单片机来进行系统开发也没有良好的锻炼。
2.4 考核方式过于表面化
在单片机课程设计成绩考核中,往往采用如下几个部分:考勤,实验室表现,系统验收,答辩等。这几个部分的分值可以相对灵活的调整,而后两部分的分值往往占到60%以上,比重最大。在系统验收和答辩这两个步骤,应该不仅仅的进行评分,更重要的也是让学生学习的环节。而目前的系统验收中,往往过多关注是否实现了功能。
3 单片机课程设计的改进措施
针对刚才所述,单片机课程设计中存在的不足,做出以下改进措施。
3.1 采用实验开发板作为实验设备
采用的实验开发板如图2所示,为自制的实验设备。在制作本实验开发板时,PCB板尺寸为67 mm×95 mm,板厚1.6 mm,双面板。器件布局尽量紧凑,节省空间,便于携带,学生可以带回宿舍调试程序。
除了最小系统部分外,包含如下模块:独立式按键模块,蜂鸣器模块,发光二管模块,四位一体数码管模块,显示屏接口模块,步进电机驱动模块,AD与DA模块,EEPROM模块等。使用本实验开发板,将各部分功能部件配齐,可以完成如下实验:流水灯实验,按键实验,数码管显示实验,定时/计数器实验,LCD显示实验,AD转换实验,DA转换实验,电子琴实验,EEPROM存储实验,步进电机驱动实验等。
若要做一些其他实验或项目,而本实验板上没有相应的功能模块,则将相应的电源和接口使用杜邦线引出,接到外围模块的相应引脚即可。
3.2 课程设计各步骤和时间安排的改进
课程设计采用的步骤如图3所示。相较于以往的课程设计步骤,增加了仿真调试和仿真验收环节。仿真软件采用Proteus和Keil相结合的方式进行。通过仿真调试环节,使学生加深硬件设计的思想,并在仿真的过程中,对出现的问题进行排查,可以将各门相关课程进行综合。
单片机原理及应用课程设计的时间安排采用较灵活的方式,在单片机原理及应用课程授课之处就将课程设计题目下发。在课程的进行中,学生查找资料并进行方案设计,并逐步地进行硬件设计和软件设计。最终,完成仿真和实物调试后验收通过,撰写报告和答辩。这样的时间安排相当于将课程设计的有效时间延长,有利于学生更好地完成课程设计,提高实践能力。
3.3 课程设计要求更全面
在课程设计的步骤中,加入了仿真调试和验收。针对这一项,在题目下发之初,就明确要求仿真调试应全部通过。并且最终系统的硬件实现,要求在最小系统板之外焊接电路板,来构成总体系统电路。这样有仿真有实物,学生对于课程设计的题目,以及各门课程有更深刻的理解,加强理论与实践的结合。
3.4 考核方式的改进
对于考勤和实验室表现的考核,参考一般做法即可,重点对于后两个步骤的考核,即验收和答辩。
在仿真验收和实物验收阶段,由每个学生独立操作。对于仿真验收,学生将完整的流程,包括建立工程,添加项目文件,编辑文件,编译文件,仿真调试等步骤全部演示。对于实物验收,学生将自己焊接的外围电路模块连接到最小系统板上进行操作演示,并说明自己的方案设计及思路。教师根据仿真演示和实物演示的情况,以及学生的讲解情况给出成绩。
在答辩环节,学生上交报告并自述,简要说明自己硬件设计和软件设计的各模块功能,以及设计和调试中发现的问题和解决方法。最后由教师提问,根据提问结果,结合报告和自述给出这一部分成绩。
4 结束语
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